(кг/м3) – плотность
(н/м3) – удельный вес
ГИДРОСТАТИКА
р – давление или сжимающие напряжение (н/м2 = Па)
Свойства:
Давление всегда направлено к поверхности по внутренней нормали.
Действует одинаково по всем направлениям (не зависит от угла наклона площадки)
Основное уравнение гидростатики:
рА = ро + рв; рв = h·γ
рА – абсолютное давление;
ро – давление действующее на поверхность жидкости;
рв – весовое давление, т.е. давление столба жидкости.
рв = h·γ
h – глубина расположения точки;
γ – удельный вес жидкости.
При атмосферном давлении на поверхности:
рА = ра + ризб; ризб = hизб·γ
ра – атмосферное давление;
ризб – избыточное давление.
Выводы:
-
Закон Паскаля. Давление действующее на поверхность жидкости передается во все ее точки без изменения.
-
Любая горизонтальная плоскость проведенная в жидкости, является плоскостью равного давления.
-
Можем измерять величину давления эквивалентной ему высотой столба жидкости.
р = h·γ, отсюда h = р/γ
Например давление величиной в 1 атм. р = 1 кгс/см2 соответствует
h = 10 м вод. столба
Сила давления жидкости на плоскую поверхность
Р = рсS = hсγS (н)
рс = hсγ – давление в центре тяжести при атмосферном давлении на поверхности
рс = hсγ + рМ, либо рс = hсγ – рВАК
hс – глубина расположения центра тяжести поверхности (м);
S – площадь поверхности (м2).
Потенциальная энергия покоящейся жидкости величина постоянная, т.е. одинаковая для всех точек жидкости
Удельная энергия (напор) Э = Е/G = Е/mg (м)
Z + hп = НГС = Э = const
Z – геометрический напор;
hп – пьезометрический напор;
НГС –гидростатический напор или полная удельная потенциальная энергия жидкости.
ГИДРОДИНАМИКА
Уравнение неразрывности
Q = V1ω1 = V2ω2 = const
Q – расход жидкости (м3/с);
V – средняя скорость потока (м/с);
Ω – площадь живого сечения потока (м2).
Vi = Q / ωi – средняя скорость потока
Уравнение Бернулли для идеальной жидкости (при действии сил давления и сил тяжести)
где z – геометрический напор, м;
P/γ – приведенная пьезометрическая высота (если Р – абсолютное давление) или пьезометрическая высота (если Р – избыточное давление), м;
V2/2g – скоростной напор, м.
– гидростатический напор,
удельная потенциальная энергия жидкости
НГС = Э – гидродинамический напор или полная удельная энергия
Уравнение Бернулли для реальной жидкости (с учетом сил трения (вязкости)).
Σh = hпот = hℓ + hм – потери энергии при движении жидкости от 1 до 2 сечений (м);
α= ЕКД /ЕКУ – коэффициент кинетический энергии (коэффициент Кориолиса);
hℓ – потери по длине.
(м)
λ – коэффициент гидравлического трения f(Rе·Δ);
hм – потери на местных сопротивлениях.
(м)
РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ
Число (критерий) Рейнольдса
Для кругло-цилиндрических труб
(м)
RГ – гидравлический радиус;
ω – площадь живого сечения потока (м2);
Х – смоченный периметр.
Ламинарный режим: Rе < Rекр ≈ 2320
Эпюра скорости при ламинарном движении.
umax = 2V; α = 2; λ = f(Rе); λ = 64/Rе; hℓ = f (V1…1,4)
Турбулентный режим: Rе > Rекр
Профиль скорости при турбулентном движении
Толщина ламинарной пленки δ уменьшается с увеличением скорости V (числа Рейнольдса)
u ≈ V; α = 1…1,4
В турбулентном режиме имеется три вида трения:
Гидравлически гладкие русла
λ = f(Rе) λ = 0,3164/Rе0,25
Смешанное трение
λ = f(Rе;Δ)
Шероховатое трение, квадратичная область турбулентного режима
λ = f (Δ); λ = 0,11(Δ /d)0,25
hℓ = f (V1,7…2)
СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ (ИСТЕЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ И НАСАДКИ
(м/с)
– коэффициент скорости
Но – действующий (расчетный напор (м)
Расход жидкости
(м3/с)
μ = φε – коэффициент расхода;
ω – площадь проходного (живого) сечения потока (м2);
Но – действующий напор (м).
Давление – ключевой элемент в работе гидравлики. Давление масла в гидравлике – это сила, с которой жидкость в закрытой системе приводит в работу отдельные взаимосвязанные механизмы.
Ошибочно считается, что в гидросистеме давление создает насос, выкачивая масло из бака. На самом деле, насос создает поток жидкости, а давление создается нагрузкой – там, где возникает препятствие этому потоку.
От уровня давления зависит эффективность работы всей гидросистемы. Удержать нужный показатель давления — одна из ключевых задач инженеров-гидравликов.
Виды давления в гидравлике
В работе гидравлики рассматривают два вида давления: гидростатическое и гидродинамическое.
Гидростатическое давление — это давление покоящейся жидкости. Оно есть в любой жидкости. В нашем случае гидростатическое давление играет важную роль в работе гидравлических домкратов. Оно удерживает технику в зафиксированном положении для выполнения рабочих операций.
Гидродинамическое давление развивается внутри движущееся жидкости. Оно играет ключевую роль в гидравлической системе, т.к. гидравлическое масло постоянно движется по трубопроводам, попутно активируя работу гидравлических механизмов.
Какое должно быть давление в гидравлике?
Нет универсального ответа на этот вопрос. Для каждой машины и оборудования необходимо поддерживать свой уровень давления. Например, для МТЗ 80 необходимо рабочее давление 16 Мпа, а максимальное рабочее давление – 20 Мпа. А в гидравлике экскаватора средней мощности давление может быть на уровне 30 Мпа. Чтобы давление не превышало максимальное значение, систему оснащают предохранительными клапанами. Когда давление превышает максимальное значение, они сбрасывают излишки давления.
Как проверить давление в гидравлике?
Чтобы узнать уровень давления в гидравлике используют приборы и датчики измерения давления. Вам понадобятся манометры, микрошланги для подключения манометра, а также точки контроля. К ним подключается шланг с манометром. Данные инструменты актуальны для тех, кто тщательно следит за состоянием гидравлической системы, чтобы избежать поломок оборудования.
Какие проблемы возникают при неправильной настройки системы?
После того как вы выяснили уровень давления, и оно оказалось выше или ниже необходимого диапазона, необходимо выяснить причину отклонения показателя.
Самые частые причины повышенного давления:
- Неправильная настройка предохранительных клапанов.
- Внезапная остановка потока жидкости в трубопроводе.
- Перегрев системы из-за некачественного масла.
- Закрытое положение перепускного клапана.
Также при низком давлении невозможно выполнить ряд технологических операций, например, подъем навесного оборудования.
Возможные причины пониженного давления:
- Неисправность гидронасоса.
- Отсутствие масла в баке.
- Износ предохранительных клапанов.
К тому же, из-за низкого давления может происходить кавитация насоса. Кавитация – это образование пузырьков в жидкости из-за медленного поступления жидкости в насос и обратно из него. Такие пузыри быстро схлопываются и приводят к микротрещинам на стенках трубопровода. Поэтому важно учитывать любую мелочь в настройке гидросистемы и вовремя отслеживать показатели давления для эффективной и безопасной работы мобильной техники и серьезного промышленного оборудования.
При
выборе рабочего давления для гидросистемы
необходимо учитывать, что при увеличении
давления уменьшается расход
(производительность, подача) насоса, а
следовательно его размеры, а также
размеры гидросети и устройств управления,
т.е. гидропривод делается более компактным.
В то же время увеличение давления требует
применения более дорогих насосов,
высокой герметичности соединений и
приводит к повышению нагрузки в отдельных
узлах гидропривода.
Уменьшение
рабочего давления вызывает увеличение
размеров элементов гидропривода, но
уменьшает требования к герметичности
соединений, повышает срок службы
гидропривода и дает возможность применить
более простые и дешевые насосы.
Рабочее
давление на отдельных участках
гидропривода определяется согласно
действующим нагрузкам и условиям
эксплуатации. Для стационарных и
передвижных машин с малой нагрузкой на
исполнительные механизмы рекомендуется
рабочее давление Рр
принимать не выше 100 · 105
н/м2.
Для
стационарных машин с большой нагрузкой
на исполнительные механизмы или большей
протяженностью рабочих трубопроводов,
а также для большинства передвижных
машин рабочее давление рекомендуется
назначать в пределах (160
250) · 105
н/м2
[5].
Рабочее
давление в цилиндре гидродвигателя
рекомендуется назначать ориентировочно
в зависимости от величины требуемого
полезного усилия F
в следующих пределах [5]:
при
F
= 10 – 20 кН Рр
(25-40) · 105
Н/м2;
F
= 30 – 50 кН Рр
(64-100) · 105
Н/м2;
F
= 50 – 100 кН Рр
(100-160) · 105
Н/м2;
F
= > 100 кН Рр
250 · 105
Н/м2.
Полезная нагрузка – это нагрузка на
рабочем органе машины или механизма
для совершения какой – либо технологической
операции. Например, усилие для подъема
груза, для перемещения дисков или колодок
тормозов и осуществления торможения
автомобиля.
Выбор
величины рабочего давления при
проектировании гидропривода производится
в соответствии с нормальным рядом
давлений, установленным ГОСТом. При
выборе, расчете и проектировании
гидроприводов необходимо руководствоваться
ГОСТ 15445-67 и МН 3610-625.
Из
нормального ряда ГОСТ 356-68 в гидроприводе
используются следующие величины давлений
(105
Н/м2):
рабочее
10 16 25 40 64 100 160 200
пробное
15 24 38 60 96 150 240 300
Рабочее
давление определяет возможный длительный
рабочий режим гидропривода, а на пробное
давление производится его испытание.
2.8.4. Расчёт основных параметров гидроцилиндров
Определение
основного параметра силового гидроцилиндра,
его внутреннего диаметра (диаметра
поршня) производим по известной полезной
нагрузке F
и принятому рабочему давлению, с учетом
всех внешних дополнительных нагрузок.
Величину
дополнительных нагрузок определяют,
принимая уже известный диаметр
гидроцилиндра.
1.
приближенный
расчет
силового гидроцилиндра
Внутренний
диаметр силового гидроцилиндра определяют
по формуле:
,
(2.30)
где
F
– полезная нагрузка, приведенная к
штоку;
– рабочее
давление в цилиндре, принимаемое в
зависимости от F.
По
вычисленному расчетному диаметру D
подбирают ближайший нормализованный.
Внутренний диаметр гидроцилиндров
нормализован ГОСТ 6540-68 и имеет следующие
размеры, мм: 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100,
125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800.
При
использовании в гидравлической схеме
стандартизированных исполнительных
механизмов (плашечных или универсальных
превенторов, задвижек с гидравлическим
управлением и др.), диаметры гидроцилиндров
известны и вместо диаметра гидроцилиндра
определяют полезную нагрузку
.
Диаметр
штока d
определяется в зависимости от величины
хода поршня S.
Если S
10D,
то можно принимать:
при
Pp
= 25 · 105
Н/м2
d
= ( 0.3 – 0.35 )
D;
Pp
( 64
100 ) · 105 Н/м2
d
= 0.5 D;
Pp
(160
250 ) · 105
Н/м2
d
= ( 0.7 – 0.75 ) D.
При
S
> 10D
шток поршня рассчитывают на продольный
изгиб по формуле Эйлера:
,
где
Fp
и F
– расчетная и реальная сжимающие
нагрузки, действующие на шток; Е
– модуль упругости материала, который
для стали можно принять равным 2,2·105
МПа; f
– площадь поперечного сечения штока;
L
– длина штока; ri
– радиус инерции сечения штока; K
– коэффициент, зависящий от способа
заделки концов штока, и изменяющийся в
пределах 1-2.
Радиус
инерции сечения штока в зависимости от
формы сечения определяется по формулам:
-
для
сплошного сечения
;
-
для
кольцевого сечения (полый шток)
,
где
d1
и d2
– наружный и внутренний диаметр штока.
По
вычисленному значению диаметра штока
принимается ближайший больший, согласно
ГОСТу 6540 – 68.
Основной
ряд: 10,12,16,20,25,32,40,50,63,80,100,125,160,200,250
Дополнительный
ряд: 14,18,22,28,36,45,56,70,90,110,140,180,220,280.
2.
Уточненный расчет основных параметров
силового гидроцилиндра
В
процессе работы силового гидроцилиндра
часть рабочего давления затрачивается
на преодоление сил трения в конструктивных
элементах гидроцилиндра, силы
противодавления, динамических нагрузок,
возникающих при разгоне и торможении
поршня гидроцилиндра. Считая принятое
рабочее давление исходным параметром,
можно уточнить диаметр силового
гидроцилиндра. Для этого необходимо
учесть названные дополнительные
нагрузки.
Полезные
и дополнительные нагрузки определяют
величину усилия, развиваемого
гидроцилиндром
,
(2.31)
где
Tд
– динамическая сила.
Статическая
нагрузка определяется при установившемся
движении поршня
,
(2.32)
где
F
– полезная нагрузка, приведенная к
штоку поршня; Tтр
– сила трения в конструктивных элементах;
Tпр
– сила противодавления.
Определим
величину каждого элемента, входящего
в формулы (2.31), (2.32), т.е. силы Тд,
Ттр,
Тпр.
Сила
трения в конструктивных элементах Ттр
расходуется на преодоление механических
сопротивлений – трение в манжетах,
резиновых кольцах и поршневых кольцах:
-
сила
трения уплотнения манжетами и кольцами
равна
,
(2.33)
где
f
– коэффициент трения, принимаемый для
манжет из кожи
f
= 0,06
0,20;
для резиновых
манжет и колец
f
= 0,03
0,032 [9];
d
– диаметр контактной поверхности
(поршня, плунжера); l
– длина (ширина) контактной поверхности;
Pp
– рабочее давление в гидроцилиндре.
Длина контактной поверхности (ширина
уплотнения) принимается в зависимости
от диаметра уплотняемого поршня или
штока по табл. 2.4.
Таблица
2.4
Определение
ширины уплотнения
Диаметр уплотняемого |
20-30 |
30-60 |
60-85 |
90-220 |
220-710 |
Ширина |
7,5 |
10,0 |
12,5 |
15,0 |
20,0 |
Число
манжет определяется в зависимости от
диаметра поршня или плунжера по табл.
2.5.
Таблица
2.
5
Определение
числа манжет
Диаметр поршня |
Давление |
|||||
или штока, мм |
65 |
100 |
200 |
320 |
400 |
500 |
До 55 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
7 |
55 – 100 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
8 |
100 – 280 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
8 |
220 – 710 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
710 – 1400 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Силу
трения для поршневых колец
можно подсчитать по формуле:
,
(2.34)
где
f
– коэффициент трения кольца о стенку
цилиндра (принимается равным 0,07 при
быстром движении поршня и 0,15 при медленном
его движении); D
– диаметр цилиндра; b
– ширина поршневого кольца (табл. 2.6);
Pp
– рабочее давление в цилиндре; Pk
– среднее
удельное давление на поверхности
цилиндра, создаваемое упругими силами,
(Pk
= ( 0,6
0,9 ) · 105
Па); i
– число поршневых колец.
Таблица
2.
6
Определение
ширины поршневого кольца
Диаметр мм |
Глубина канавки, мм |
Ширина мм |
Диаметр поршня, |
Глубина канавки, мм |
Ширина канавки, мм |
1 |
2 |
3 |
3 |
5 |
6 |
50 |
2,7 |
2,8 |
275 |
10,5 |
9,5 |
75 |
3,9 |
3,2 |
300 |
11,2 |
11,2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
100 |
4,7 |
4,8 |
325 |
12,0 |
12,7 |
125 |
5,2 |
4,8 |
350 |
12,7 |
12,7 |
150 |
6,4 |
6,4 |
375 |
13,4 |
12,7 |
175 |
7,2 |
6,4 |
400 |
14,5 |
15,8 |
200 |
8,1 |
7,7 |
450 |
15,5 |
15,8 |
225 |
8,9 |
7,7 |
500 |
17,8 |
15,8 |
250 |
9,7 |
9,5 |
Рекомендуемое число колец в зависимости
от величины давления и диаметра цилиндра
приводится в табл. 2.7.
Суммарное
усилие трения в цилиндре определяется
по формуле:
.
(2.35)
Таблица
2.7
Определение
числа поршневых колец
Давление |
Диаметр цилиндра, |
|||||||
105 |
40 50 |
50 90 |
100 130 |
140 180 |
200 260 |
280 360 |
380 500 |
500 600 |
60 |
2 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
100 |
3 |
3 |
3 |
3 |
4 |
4 |
4 |
4 |
200 |
3 |
3 |
4 |
4 |
4 |
5 |
6 |
7 |
320 |
3 |
4 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Сила
противодавления
Тпр
необходима для получения более равномерной
скорости движения. Обычно противодавление
создается дросселированием рабочей
жидкости.
В машинах, где рабочие давления малы,
величину противодавления рекомендуется
принимать в пределах
Pпр
= ( 2
3 ) · 105
Н/м2.
В
машинах, где рабочий орган расположен
вертикально и не уравновешен контргрузом,
величина противодавления определяется
весом подвижных частей головки,
гидроцилиндра, поршня, и должна быть на
(2
3) · 105
Н/м2
больше величины G/,
т. е.
,
(2.36)
где
G
– вес подвижных частей;
– площадь сечения поршня.
С
учетом сказанного сила противодавления
определится
.
Наличие
противодавления в значительной степени
предупреждает проникновения воздуха
в полость гидроцилиндра.
Если
условия работы гидропривода не налагают
требования плавного движения рабочего
органа гидропривода, величину
противодавления в расчет можно не
вводить.
Динамическую
силу Тд,
возникающую при разгоне и торможении,
вычисляют приближенно, пользуясь
теоремой о количестве движения и импульса
сил
(2.37)
или
теоремой о работе сил и изменении
кинетической энергии
.
(2.38)
В этих формулах:
t
– время ускорения или замедления
движения принимается обычно равным
0,01
0,5 с, причем, меньшие значения относятся
к легким механизмам и малым скоростям
движения, большие – к высоким скоростям
и тяжелым механизмам;
L
– путь, на протяжении которого происходит
изменение скорости; v2,
v1
– максимальная и минимальная скорости
перемещения поршня. Скорость движения
поршня в гидроприводах обычно не
превышает 9 м/мин; Мпр
– приведенная
к поршню силового цилиндра масса,
включающая в себя массы поршня, штока
и деталей, соединенных со штоком.
Если
известна приведенная масса, изменение
скорости v
= v2
– v1
и
t,
то из формулы (2.37) можно определить
динамическую силу инерции
.
(2.39)
Таким
образом, по изложенным выше формулам
могут быть определены составляющие,
развиваемого гидроцилиндром усилия Т.
По
вычисленному усилию Т
и принятому рабочему давлению уточняем
диаметр силового гидроцилиндра:
.
(2.40)
Полученный
расчетный диаметр должен быть нормализован
по ГОСТу. При этом подбирают ближайший
больший диаметр.
Толщину
стенок корпуса тонкостенного гидроцилиндра,
изготовленного из хрупкого материала
(чугун и др.) определяют по формуле Ляме
.
(2.41)
Здесь
– допустимое напряжение материала на
растяжение; Рп
– пробное давление (см. п. 16.3).
Под
тонкостенным понимают цилиндр, у которого
отношение
Dн
/D 18,
где Dн
и D
– наружный и внутренний диаметры стенки
цилиндра.
При
расчете цилиндров из вязких материалов
(сталь, латунь) используют формулу:
(2.42)
где
– коэффициент Пуассона (для стали
= 0,3, для латуни
= 0,35).
Толщину донышка
корпуса гидроцилиндра определяют по
формулам:
-
для
плоского
;
(2.43)
-
для
сферического
.
(2.44)
Корпуса гидроцилиндров изготавливают
в основном из стальных поковок и труб,
реже – из чугунного литья. При давлении
рабочей жидкости выше 20 МПа корпусы
гидроцилиндров изготавливают из кованной
стали с = 100
120 МПа. При давлении до 20 МПа – из стальных
труб с = 60
80 МПа. При давлениях до 15 МПа – из
чугунного литья с
= 40 МПа, а при давлении ниже 10 МПа можно
использовать алюминиевые трубы или
литье из серого чугуна с
= 25 МПа.
Штоки
и поршни гидроцилиндров изготавливают
из стальных поковок.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Данная справочная статья включает в себя 80% формул по гидравлике для студентов но и для инженеров можно подобрать формулы для выбора гидравлической машины (насоса) и гидропривода. Статья предназначена в основном для студентов высших технических учебных заведений и студентов технических, энергетических и некоторых строительных специализированных техникумов, изучающих общий курс гидравлики, гидравлических машин и гидравлического оборудования.
Возможно эта страница вам будет полезна:
Статья включает в себя простую теоретическую информацию, основные понятия и определения, формулы и значения экспериментальных формул, вспомогательные таблицы, графики и номограммы, необходимые для решения задач, расчета и выполнения графических работ. В некоторых разделах показана схема проектирования. Также полезно для инженеров и технологов, которые занимаются расчетами в области общей гидравлики, а также в области эксплуатации гидравлических машин и гидроприводов.
Системы единиц измерения
Согласно ГОСТ9867-61 и ГОСТ, проект «единица физической величины» вводится в качестве приоритетной системы единиц международных единиц измерения (си) во всех сферах науки, техники и народного хозяйства. В системе СИ имеется 6 основных единиц и дополнительных единицы, при расчете гидравлического давления, измеритель длины (м), масса-килограммы (кг), Время-секунды, температура-Кельвин.
Полученные единицы СИ, используемые для гидравлического расчета, приведены в таблице. Площадь Объем Скорость Ускорение Частота вращения Величина Размерность Единица наименование обозначение 1 3 4 i2 квадратный метр м2 № кубический метр м3 1, метр в секунду м/с 2 метр на секунду в квадрате м/с секунда в минус первой степени.
Угловая скорость 7-1 радиан в секунду рад/с Плотность Ла-з килограмм на кубическим метр кг/м Момент инерции площа- и ди фигуры метр в четвертой степени n1 Сила, сила тяжести (вес) -ньютон Давление, напряжение паскаль Па Модуль упругости Л17-2 паскаль Па Поверхностное натяжение- Н/м ньютон на. Метр Динамический коэффициент- Л Па вязкости паскаль-секунда Кинематический коэф- 1 м2/с коэффициент вязкости квадратный метр на секунду Удельный вес ныотон на кубический метр Н/м? Напор 1 метр м Массовый расход Д17-1 килограмм в секунду кг/с Объемный расход ит-1 кубический метр’в секунду М3/С Работа, энергия — 2 джоуль Дж Мощность ватт Вт.
Система Си использует кратные числа основания 10 и десятичных единиц исходного блока для представления больших или малых количеств машины. В гидравлическом калькуляторе множитель и его префикс перечислены в таблице. 11. 2.
Множитель Приставка наименование | обозначение Пример 106 мега м МЫ (меганьютон) 103 кило к кВт (киловатт) 101 дека да даН (деканьютон) 10-1 деци Д дм (дециметр) 10-2 санти с см (сантиметр) 10-3 МИЛЛИ м мм (миллиметр).
При расчете давления масла, помимо системы СИ, продолжают использоваться системы СГС и МКГСС, а также некоторые несистемные блоки. Вместе с блоком си в таблице приведены внесистемные блоки, которые могут быть использованы в гидравлических расчетах. Второй. 3.
Величина Единица Значение в наименование обозначение ницах СИ Длина сантиметр СМ 10-2 м Масса тонна т 103 кг грамм Г 10-3 кг Время минута [час мин ч 60 с 3600 с Площадь квадратный сантиметр см2 10–4 м2 градус о 0, 0175 рад Плоский угол минута / 2, 91 10–4 рад секунда ч 4, 85-10-6 рад Объем литр 1 кубический сантиметр Л см3 10-3 мз 10-6 мз.
Объемный расход литр в секунду л/с 10-3 м3/ с Частота вращения (оборот в секунду об/с i с-1 (оборот в минуту об/мни 1С-1 60 Работа, энергия киловатт-час кВт/ч 3, 6-106 Дж Скорость сантиметр в секунду см/с см/с2 10-2 м/с Ускорение сантиметр на секунду в квадрате 10-2 М/С2.
Плотность грамм на кубический г/см3 10-3 кг/м3 сантиметр п Динамический коэфф пуаз 0, 1 вязкости Кинематический коэффи- стокс Ст 10~м/с вязкости Единицы, допускавшиеся к применению до 1/1 1975 г. , приведены в табл. Ii. 4. Таблица /1. 4 Величина Единица наименование обозначение Сила, сила тяжести (нес) килограмм-сила к ГС килограмм-сила на квадратный сантиметр техническая атмосфера миллиметры водяного столба миллиметры ртутного столба К ГС/см2 Давление ат мм вод. ст. Мм рт. ст. Работа, энергия килограмм-сила-метр кгс м Мощность [килограмм-сила-метр в секунду [лошадиная сила кгс м/с л. с.
Показывает взаимосвязь между Си, icgss и единицами, наиболее часто используемыми в не системных системных гидравлических расчетах.
Величина Связь между единицами МКГСС я внесистемными и СИ Связь между единицами в системе СИ и МКГСС и внесистемными единицы в системе МКГСС и внесистемные значения в единицах СИ единицы в системе СИ значения в единицах МКГСС и внесистемных Масса 1 кгс-с2/м 9, 81 кг 1 кг 0, 102 кгс-с2/м Плотность 1 кгс-с2/м4 9, 81 кг/м 1 кг/м 0, 102 кгс с2/м Сила, силатяжес- (вес) 1 кгс 9, 81 Н 1 Н 0, 102 кгс Удельный вее 1 кгс/м8 9, 81 Н/мЗ 1 Н/м 0, 102 кгс/м’ Давление 1 кгс/м2 9, 81 Па 1 Па 0, 102 кгс/м2 1 кгс/см2= 98100 Па= 1 Па 1, 02-10-5 «=1 ат =98, 1кПа=0, 1 МПа кгс/см2=э -=1, 02-10-5 ат Работа, энергия 1 кгс-м 9, 81 Дж 1 Дж 0, 102 кгс-м Мощность 1 кгс-м/с 9, 81 Вт=0, 01 1 Вт 0, 102 кгс-м/с кВт Динамический коэффициент вязкости 1 кгс-с/м2 9, 81 Па-с 1 Па с 0, 102 кгс-с/м2
Определение жидкости, ее плотность, удельный и относительный вес
Жидкость —непрерывная среда, обладающая свойством текучести, т. е. Способная неограниченно изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил, но в отличие от газа мало изменяющая свою плотность при изменении давления. В аэромеханике применяют термин «капельная жидкость» с целью подчеркнуть отличие жидкости от газа; газ в этих случаях называют «сжимаемой жидкостью».
Плотность р — масса жидкости в единице объема. Для однородной т жидкости р—, где т — масса жидкости в объеме v. Единицы измерения р в системе СГС — г/см3, в системе МКГСС — кгс-с2/м4, в системе СИ— кг/м . С Удельный (объемный) вес у— вес жидкости в единице объема: где О — вес жидкости. Единицы измерения у в системе СГС — дин/см3 г/см2-с2, в системе МКГСС—кгс/м3, в системе СИ—Н/м3=кг/м2-с2.
Удельный вес и плотность связаны между собой зависимостью у — где я = 9, 81 м/с2— ускорение свободного падения. Относительный вес б— безразмерная величина, равная отношению веса или массы данной жидкости к весу или массе дистиллированной воды, взятой в том же объеме при в Рв Плотность, так же как удельный и относительный веса жидкости, зависит от давления и температуры.
Значения плотности и удельного веса некоторых жидкостей при различных температурах и нормальном атмосферном давлении приведены в табл. 1. 1. [12. 77, 97, 116]. Плотности (р. Кг/м5) и удельные веса (у, кгс/м3) воды и ртути при различных температурах и нормальном атмосферном давлении показаны в табл. 1. 2, при температуре 0°С и различном давлении — в табл. 1. 3.
Жидкость | Л °С | Р, кг/м3; Т, кгс/м | Т. Н/м* | р, кгс с’/ч4 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Автол 10 | 20 | 920 | 9025 | 93,8 |
Алкоголь безводный | 20 | 795 | 7799 | 81,0 |
Аммиак | —34 | 684 | 6710 | 69,7 |
Анилин | 15 | 1004 | 9849 | 102 |
Ацетон | 15 | 790 | 7750 | 80,5 |
Бензин | 15 | 080-740 | 6671—7259 | 69,3-75,4 |
Битум | — | 930—950 | 9123—9320 | 94,8—90,8 |
Вода: | ||||
дистиллированая | 1000 | 9810 | 102 | |
морская | 4 | 1020—1030 | 10006-10104 | 104—105 |
Глицерин безводный | 1270 | |||
Гудрон | 15 | 930—950 | 9123—9320 | 94,8—96,8 |
Деготь каменно | ||||
угольный | 15 | 1200 | 12459 | 122 |
Керосин | 15 | 790—820 | 7750-8044 | 80,5—93,5 |
Мазут | 15 | 890—940 | 8731—9221 | 90,7—95,8 |
Масло: | ||||
вазелиновое | 20 | 860-890 | 8437—8731 | 87,7—90,7 |
велосит Л | 20 | 860—880 | 8437—8633 | 87,7-89,7 |
веретенное АУ | 20 | 880—896 | 8633-8790 | 89,7—91,3 |
деревянное | 15 | 920 | 9025 | 93,8 |
масло | 20 | 876—891 | а594—8741 | 89,3—90,8 |
« 20 | 20 | 881—901 | 8643—8839 | 89,8—93,3 |
« 30 | 20 | 886—916 | 8692-8986 | 90,3-93,4 |
« 45 и 50 | 20 | 890—930 | 8731—9123 | 90,7—94,8 |
касторовое | 20 | 960 | 9418 | 97,8 |
кокосовое | 15 | 930 | 9123 | 94,8 |
льняное (вар) | 15 | 940 | 9221 | 95,8 |
машинное | 20 | 898 | 8809 | 91,5 |
минеральное | ||||
смазочное | 15 | 890-960 | 8731—9418 | 90,7—97,8 |
оливковое | 15 | 920 | 9025 | 93,8 |
парафиновое | 18 | 925 | 9074 | 94,3 |
соляровое | 15 | 880-890 | 8633—8731 | 89,7-90,7 |
сурепное | 15 | 920 | 9025 | 93,8 |
терпентиновое | 15 | 870 | 8535 | 88,7 |
трансформатор ное | 20 | 887—896 | 8701—8790 | 90,4- 91,3 |
турбинное 30 | ||||
и 32 | 20 | 894—904 | 8770—8868 | 91,1-92,1 |
« 46 | 20 | 920 | 9025 | 93,8 |
« 57 | 20 | 930 | 9123 | 94,8 |
цилиндровое | 20 | 886—916 | 8692—8986 | 90,3—93,4 |
Молоко цельное | 20 | 1029 | 10094 | 103 |
1 |
1 2 1 |
3 | 4 | 5 |
Нефть натуральная | 15 | 700—900 | 6867—8829 | 71,4-91,7 |
Патока | 0 | 1450 | 14224 | 148 |
Пиво | 15 | 1040 | 10202 | 106 |
Ртуть | 20 | 13546 | 132886 | 1381 |
Серная кислота | ||||
(87 о/0) | 15 | 1800 | 17658 | 183 |
Скипидар | 18 | 870 | 8535 | 88,7 |
метиловый | 15 | 810 | 7946 | 82,6 |
этиловый | 15—18 | 790 | 7750 | 80,5 |
Температура /, °С | Жидкость |
1 1 Тсмпс- 1 РатУРа |
Жидкость |
Температура и °с |
Жидкость |
вода | ртуть | вода | ртуть | вода | ртуть |
0 | 999,9 | 13596 | 30 | 995,7 | 13522 |
4 | 1000 | — | 40 | 992,2 | 13497 |
10 | 999,7 | 13571 | 50 | 988,1 | 13473 |
20 | 998,2 | 13546 | 60 | 983,2 | 13449 |
Жидкость | Давление р, | МПа | Спирт | ||
Вода | 999,9 | 1046 | 1084 | 1146 | |
Ртуть | 13596 | 13660 | 13690 | 13800 |
Плотность и удельный вес жидкостей уменьшаются с повышением температуры. Вода в диапазоне температур от 0 до 4°С представляет исключение: при 4СС вода характеризуется наибольшими значениями р и у (см. табл. 1.2).
Сжимаемость жидкостей
Сжимаемость-это свойство жидкости, которая изменяет свой объем под давлением. Сжимаемость жидкости характеризуется объемным коэффициентом сжимаемости, который представляет собой относительное изменение объема жидкости v0. Au 1 Л. С. .(1 .1 Знак минус формулы (1 .1) обусловлен тем, что положительному приращению давления соответствует отрицательное приращение (уменьшение) объема. Единицы системы МКГСС в 1 / ПА в системе СИ м2 / кгс .Часто он представлен см2 / кгс. Если приращение давления cp = p-p0 и изменение объема предполагается (1 .2 (1 .3
В уравнениях (1. 2) и (1. 3) v и v0-объем, а p и p0-плотность при давлениях p и p0 соответственно.
Людмила Фирмаль
Взаимное объемного коэффициента сжимаемости называется объемным модулем упругости жидкости Единицы Так же, как давления: кгс / м2, в системе МКГСС, Н / м2, в системе СИ или в Паскалях (па), кгс / см2 также часто используется. Жидкость ежа имеет значение температуры и давления р.
Существуют адиабатический модуль упругости и изотермический модуль упругости 1-й немного больше, чем 2-й, и, по-видимому, представляет собой переходный процесс сжатия жидкости, например, во время гидравлического удара в трубе внутри стола. 1. 4 значение изотермического модуля упругости Таблица 1.4 Давление р, МПа (1МПа=104 Па).
Если давление и температура изменяются в пределах небольшого предела, то значение h> k можно считать постоянной величиной. В таблице приведены средние значения изотермического модуля упругости некоторых жидкостей.
Температура Давление р. МПа
0.1 | 8 | 14 | 21 | 28 | | 35 | |
40 | 8437 | 8750 | 9500 | 9843 | 10194 | 10560 |
102 | 6820 | 7040 | 7734 | 8087 | 8437 | 8850 |
150 | 4920 | 5484 | 5976 | 6327 | 6750 | 7760 |
200 | 3585 | 3867 | 4359 | 4640 | 4992 | 5273 |
260 | 1968 | 2180 | 2672 | 2953 | 3234 | 3715 |
Таблица 1.6
Изотерма модуль упругости МПа кгс/см3
Алкоголь (спирт) |
1275 | 13000 |
Бензин авиационный |
1305 | 13300 |
Вода | 2060 | 21000 |
Глицерин | 4464 | 45500 |
Керосин | 1275 | 13000 |
АМГ-10 | 1305 | 13300 |
индивидуальное 20 |
1362 | 13888 |
индустриальное 50 |
1473 | 15015 |
касторовое | 1942 | 19801 |
сурепное | 1761 | 17953 |
турбинное | 1717 | 17500 |
цилиндровое 11 | 1768 | 18018 |
Силиконовая жидкость |
1030 | 10500 |
Ртуть Масло | 32373 | 330000 |
Температурное расширение жидкостей
Тепловое расширение жидкости количественно характеризуется коэффициентом теплового расширения (3/, 1’0 относительное изменение с изменением температуры / ia gs: Коэффициент теплового расширения воды увеличивается с увеличением давления и температуры. Для большинства других капельных жидкостей он уменьшается с увеличением давления.
В табл. 1. 7 приведены значения 3/ воды при различных давлениях и температурах [14], в табл. 1. 8 —значения ^ некоторых жидкостей при температуре 20° С и давлении 0, 1 МПа (1 ат) [2, 104, 121]. Таблица 1. 7 Давление р, МГТа 1–10 10-20 Температура (, °С 40–-0 | 60–70 00-100 Жидкость Алкоголь Вода Глицерин.
Масло: оливковое репное Нефть Ртуть 0, 00! 10 0, 00015 0, 00050 0, 00072 0, 00090 0, 00060 0, 00018 При изменении температуры и давления в небольших пределах можно принять , и тогда объем жидкости при изменении температуры на величину (11 = 1–10 вычисляется по формуле при этом Рэ Н Здесь v и Уо — объемы; р и р0 — плотности соответственно при температурах.
Вязкость
Вязкость-это свойство жидкости, которая сопротивляется относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Вязкостными характеристиками являются коэффициент динамической вязкости c и коэффициент кинематической вязкости v. Единицей коэффициента кинематической вязкости системы ghs является pozzu, а 100/1 пор называется centipoise системы mkgss, а единицей коэффициента кинематической вязкости является kgf-s / m2.
Система Си-па-С. Соотношение между единицами таково: коэффициент кинематической вязкости единицами коэффициента кинематической вязкости системы СГС являются ход (СТ) или 1 см2 / с, а ССТ: 1 ССТ = 0, 01 С. В системах МКГСС и Си единицей коэффициента кинематической вязкости является м3/с: i м2 / с = 104st. As температура повышается, вязкость жидкости снижается. Влияние температуры на коэффициент динамической вязкости жидкости оценивается по формуле.
А индекс в зависимости от типа жидкости. Например, для масла его значение изменяется в пределах 0, 025-0, 035. Для смазочных и смазочных масел, используемых в механических и гидравлических системах, предложено уравнение[76], связанное с коэффициентом кинематической вязкости и температурой.
Коэффициент температурной кинематической вязкости при температуре 50 ° с. (Температура*- температура, необходимая для определения вязкости, °с; n-показатель степени, который изменяется от 1, 3 до 3, 5 или более в зависимости от значения УЗО. С достаточной точностью n может быть определено выражением n = 1. 50 + 2, 7.
Величина n, зависящая от начальной вязкости v при 50°с, приведена в Таблице 1: 9 [76]. Значения динамических и кинематических коэффициентов вязкости для некоторых жидкостей приведены в таблице 1. 10 [47, 62, 116 температурная зависимость вязкости v некоторых смазочных масел приведена на Рис. 1. Т-следующее масло:/ — автол 18; 2-дизель Л; 3-цилиндр 11; 4-автол 10; 5-мотор Т; 6-мотор М; 7-промышленный 30 (машина л) ; 8-турбина л; 9-сепаратор; 10-промышленный 12 (шпиндель 2) ; 11-трансформатор; 12-Солер; 13-цикл.
Данные о вязкости некоторых сплавов, представляющих интерес для литейного производства, приведены:
Бензин | 15 | 0,0065 | 0,0093 |
Глицерин: | |||
50%-иый водный раствор |
20 | 0,0603 | 0,0598 |
86%-пый водный раствор |
20 | 1,2970 | 1,059Э |
безводный | 20 | 14,99Э | 11,890 |
Керосин | 15 | 0,0217 | 0,0270 |
Мазут | 18 | 38,700 | 20,000 |
Молоко цельное | 20 | 0,0183 | 0,0174 |
Нефть: | |||
легкая | 18 | 0,178 | 0,250 |
тяжелая | 18 | 1,284 | 1,400 |
Патока | 18 | 888 | 600 |
Ртуть | 15 | 0,0154 | 0,0011 |
Скипидар | 16 | 0,0160 | 0,0183 |
Спирт этиловый | 20 | 0,0119 | 0,0154 |
Эфир | 20 | 0,0246 | 0,00327 |
Таблица 1.11 (= 13-0 С 300 «С Сплавы V, Ст ( IX, П 1 V, Ст
1, °С | V, Ст | 1, °С | V, Ст | (, °С | V, Ст |
1, СС 1 |
V, Ст |
0 | 0,0179 | 7 | 0,0143 | 25 | 0,0090 | 60 | 0,0048 |
1 | 0,0173 | 10 | 0,0131 | 30 | 0,0080 | 70 | 0,0042 |
2 | 0,0167 | 12 | 0,0124 | 35 | 0,0072 | 80 | 0,0037 |
3 | 0,0162 | 15 | 0,0114 | 40 | 0,0065 | 90 | 0,0033 |
4 | 0,0157 | 17 | 0,0109 | 45 | 0,00(Ю | 100 | 0,0029 |
5 | 0,0152 | 20 | 0,0101 | 50 | 0,0055 |
Вязкость жидкости зависит не только от температуры, но и от давления, эта зависимость проявляется только при относительно большом изменении pressure. As повышается давление, вязкость большинства жидкостей increases. It можно оценить по формуле m = tsob (p-p<). Где q и значение динамического коэффициента вязкости. Давление р и кости Р0, МПа; в-показатель, при котором значение минерального масла изменяется в пределах 0, 02-0, 03 (нижний предел соответствует высокой температуре, верхний предел соответствует низкой температуре).
Коэффициенты динамической вязкости некоторых масел при различных давлениях приведены в таблице. 1. 13 [72]. В практических расчетах увеличение вязкости минерального масла, которое зависит от давления в интервале температур 20-60°с, получено из следующих приближенных данных[72]. Давление, МПа 7 15 20 40 00 Увеличение вязкости, начальный процент при атмосферном давлении 20-25 35-40 50-00 120-100 250-350.
Зависимость от давления р при увеличении вязкости минерального масла, используемого в гидросистеме, до 50 ППА может быть определена по приближенной эмпирической формуле= x (+cr). Р-давление, МПа. Коэффициент эксперимента по марке k-масла; для легкого масла^ 50 <15 cst) k −0. 02; для тяжелого масла (u5o> 15 cst) k = 0. 03. При давлении более 50 МПа нарушается линейная зависимость v от p, а при давлении 2000 МПа минерал затвердевает.
Во многих случаях вязкость жидкости, особенно масла, выражается в степени Энглера. Мощность Энглера — это отношение времени, которое вытекает из вискозиметра рыболова определенного количества образца u к времени, когда такое же количество дистиллированной воды вытекает из ta. 20 ° С: — значения вязкости некоторых материалов при степени Энглера Сидя при температуре 50°c дается
Масло Марка <Е&0
Авиационное | МС-24 | 13-22 |
Автомобильное | АКП-9,5 | Не менее 1,8 |
* | АК-16 | 6,0 |
Вазелиновое | Л | 1,40—1,72 |
Велосинтетическое | Т | 1,29-1,40 |
Веретенное | АУ | 2,05—2,26 |
Индустриальное | 12 | 1,86-2,20 |
* | 20 | 2,60—3,31 |
* | 30 | 3,81—4,59 |
* | 45 | 5,74-7,07 |
* | 50 | 5,76-7,86 |
Масло | АМГ-10 | 1,83 |
Машинное | С | 5,5—7,0 |
Приборное | мвп | 1,51 — 1,72 |
Сепараторное | л | 1,60—1,93 |
* | т | 2,2—2,5 |
Трансформаторное | — | 1,8 |
Турбинное | 22 | 2,9-3,2 |
* | 30 | 3,9—4,4 |
* | 40 | 6,0-6,5 |
* | 57 | 7,5-8,0 |
Расчет вязкости по Стоксу, выраженной в градусах Энглера, осуществляется по формуле 0. 0631. С v = 0. 073 ГЭ -^. (1. 4 В Соединенных Штатах единицы вязкости широко использовались в британских секундах saybolts, французских секундах redwood и градусах bar bay. Жидкость 20 1 40 Бензин Б-70 Керосин: Т-1 ТС-1 Масло: АМГ-10 индустриальное 20 индустриальное 50 Ртуть Спирт 0, 0163 0, 0332 0, 00394 0, 00545 0, 02 0, 0000002 0, 008
Парообразование
Испарение-это свойство сбрасывать жидкость и изменять состояние агрегации в газ. Испарение, которое происходит только на поверхности капающей жидкости, называется испарением. Испарение всей жидкости называется boiling. It происходит при определенной температуре в зависимости от давления. Давление, при котором жидкость кипит при данной температуре, является давлением насыщенного пара или давлением испарения rp. It называется п.
Его величина зависит от типа жидкости и ее температуры. Внутри таблицы. 1. 15 пн воды при различных температурах. (mpa) показывает значение другого жидкостного pn согласно температуре. Значения для (МПа) приведены в таблице. 1. 16 [12, 24, 115]. Если рабочая жидкость представляет собой многокомпонентную смесь различных минеральных масел, то расчет позволяет взять жидкость с большим значением Р.
К относительно низкой упругости относится силиконовое масло. Ниже приведено 1 давление насыщенного пара этой жидкости марки. Температура, °С25 65130200260 260 или выше Высокая скорость сатурации давления Пар п». Р, МПа 0, 00072 0, 001 0, 003 0, 007 увеличение 0, 007-0, 01 Силиконовая жидкость имеет сорт, давление паров которого в 5-10 раз превышает заданное значение.
1, СС | Рн.п» МПА |
1 | 1, С |
Рн.П’ МПа | 1 рн.п- МПа | Рн.п» МПа | ||
0 | 0,0006 | 25 | 0,0032 | 60 | 0,0202 | 90 | 0,0714 |
5 | 0,0009 | 30 | 0,0043 | 70 | 0,0317 | 100 | 0,1033 |
10 | 0,0012 | 40 | 0,0075 | 75 | 0,0392 | 125 | 0,2370 |
20 | 0,0024 | 50 | 0,0126 | 80 | 0,0482 | 150 | 0,4850 |
Растворимость газов в капельных жидкостях и пенообразование
Растворимость газа в капельной жидкости характеризуется коэффициентом растворения k. Коэффициент растворимости k рассчитывается при нормальных условиях 0°c и атмосферных ВИ. Давление), количество растворителя. Коэффициент растворения зависит не только от температуры и давления, но и от свойств жидкости и газа.
Растворимость газа в низковязких маслах выше, чем в высоковязких oils .As температура повышается, растворимость снижается slightly .As давление газа увеличивается, растворимость в жидкости увеличивается по линейному закону. Количество газа, которое может быть растворено перед каплей Полное насыщение выражается формулой yr =где p {и p-2- P1 Соответственно, начальное и конечное давление газа.
Бензин | 0,2200 | веретенное АУ | 0,0759 |
Вода дистиллированная |
0,1600 | ГМЦ-2 | 0,1038 |
Керосин | 0,1270 |
индустриальное 12 |
0,0759 |
Масло: |
индустриальное 20 |
0,0755 | |
АМГ-10 | 0,1038 | трансформаторное | 0,0828 |
вазелиновое велосит | 0,0877 0,0959 |
Спирто-глицериновая смесь: |
56 |
Растворимость масла к сатурации воздуха зависит от плотности oil .As плотность увеличивается, растворимость уменьшается .Приведены данные о коэффициенте воздушного растворения некоторых жидкостей при температуре 20°С и давлении 0, 1 МПа .
Снижение давления в любой точке системы (всасывающая труба и др.) сопровождается выделением воздуха в виде мелких пузырьков и образованием bubbles .In кроме того, пузырьки образуются, когда воздух всасывается из негерметичных соединений в системе или когда жидкость смешивается в резервуаре с помощью свободной струи .Наличие пузырьков в жидкости значительно повышает сжимаемость, снижает ее плотность, что приводит к нарушению непрерывности движения .
Поверхностное натяжение и капиллярность
Поверхность капающей жидкости подвержена поверхностному натяжению, которое стремится придать объему жидкости сферическую форму и вызвать дополнительное давление. Здесь cg-коэффициент поверхностного натяжения, Н / м или кгс / м. G], а g2-главный радиус кривизны рассматриваемых элементов поверхности. Если поверхность жидкости представляет собой сферу или ее часть, то r равен r2-g, и Формула (1. 5) принимает вид: Р = — (1. 6
- Коэффициент поверхностного натяжения пропорционален плотности капельной жидкости и плотности газовой среды над жидкостью, которая уменьшается с увеличением температуры. Значение коэффициента поверхностного натяжения o (дан / м) для некоторых жидкостей выше < 7 / л. <5Э Рисунок 1. 2.
- Граница между воздухом и давлением 0, 1 МПа показана в таблице. 1. 18 [84, 107]. Для расплавленного чугуна при / = 1550°c, a = 0, 187-0, 190 дан / м для расплавленного немодифицированного чугуна при 1200-1450°c, o = 0, 0918-0, 102 дан / м. Избыточное давление Р, определяемое формулами (1. 5) и (1. 6), всегда направлено к центру кривизны поверхности.
- Наличие этого дополнительного давления является описанием капиллярности, и в открытой трубке малого диаметра с одним концом, погруженным в жидкость, последний устанавливается выше уровня с вогнутым мениском или ниже его с выпуклым мениском (рис. 1. 2).
При увлажнении жидкостью поверхности трубки образуется вогнутый мениск (рис. 1. 2, а) (вода-стекло и др.), а когда поверхность трубки жидкая и влажная, образуются выпуклые мениски (рис. 1. 2, б) (ртутное стекло и др.). Высота подъема жидкости в стеклянном капилляре диаметром si мм n (ММ) (при опускании ртути) определяется по формуле Один. (1-7
Высоту подъема (или падения) жидкости между параллельными стеклянными пластинами (расстояние составляет мм) можно определить по формуле: (1. 8 В формулах (1. 7) и (1. 8) k-экспериментальный коэффициент, имеющий следующее значение (мм2) : вода+30, ртуть-10. 1, спирт+11. 5, толуол+13.
Некоторые физические свойства жидкостей при
давлении 0,1 Мпа
Жидкость |
Температура, 0С |
Плотность, кг/м3 |
Удельный вес, Н/м3 |
Вязкость 104,м2/с |
|
Бензин |
авиационный |
20 |
739-780 |
7250-7652 |
0,49 для 20 0С |
автомобильный |
712-761 |
6980-7470 |
|||
Масло |
веретенное |
50 |
888-896 |
8711-8790 |
|
для (ГОСТ |
850 |
8340 |
|||
индустриальное общего назначения без присадок |
И-5А |
890 |
8731 |
0,04-0,06 |
|
И-8А |
900 |
8829 |
0,06-0,08 |
||
И-12А |
880 |
8633 |
0,10-0,14 |
||
И-20А |
885 |
8682 |
— |
||
И-25А |
890 |
8731 |
0,24-0,27 |
||
И-30А |
890 |
8731 |
0,28-0,33 |
||
И-40А |
895 |
8780 |
0,35-0,45 |
||
И—100А |
920 |
9025 |
0,90-1,18 |
||
соляровое |
20 |
885-902 |
8680-8850 |
||
трансформаторное |
50 |
886 |
8692 |
||
турбинное (ГОСТ 32-74) |
22 |
900 |
8829 |
||
30 |
900 |
8829 |
0,28-0,36 |
||
46 |
900 |
8829 |
0,44-0,48 |
Кинематическая вязкость масел при различных
температурах
Масло |
104, м2/с при 0С |
|||||||
100 |
50 |
10 |
0 |
-5 |
-10 |
|||
веретенное |
0,036 |
0,13 |
0,90 |
1,80 |
2,80 |
4,40 |
||
для |
0,047 |
0,11 |
0,30 |
0,44 |
0,54 |
0,67 |
||
индустриальное (ГОСТ 20799-75) |
И-20 |
0,048 |
0,18 |
1,13 |
2,75 |
4,20 |
6,40 |
|
И-45 |
0,081 |
0,42 |
5,01 |
11,90 |
19,50 |
59,90 |
||
И-50 |
0,085 |
0,50 |
8,33 |
22,90 |
41,70 |
83,80 |
||
трансформаторное |
0,030 |
0,09 |
0,05 |
0,89 |
1,24 |
1,77 |
||
турбинное (ГОСТ 32-74; 9972-74) |
ТП-22 |
0,060 |
0,22 |
2,13 |
4,76 |
7,73 |
9,10 |
|
ТП-22 (из |
0,050 |
0,21 |
1,72 |
3,75 |
5,68 |
25,30 |
||
ТП-30УТ |
0,060 |
0,42 |
3,59 |
8,63 |
14,40 |
33,10 |
||
Динамическая вязкость масел при различных
температурах
Жидкость |
0C |
10-1 Па с при давлении МПа |
|||||
0,1 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
||
Автол |
37 |
1,440 |
1,940 |
2,450 |
3,030 |
3,672 |
4,896 |
Машинное |
22 |
2,880 |
3,416 |
4,176 |
5,184 |
6,822 |
8,640 |
Трансформаторное |
22 |
0,346 |
0,374 |
0,418 |
0,489 |
0,562 |
0,650 |
переменная | Формула слова с единицами | Упрощенная формула |
Давление жидкости — P | (PSI) = сила (фунты) / площадь (кв. Дюймы) | P = F / A |
Расход жидкости — Q | GPM = расход (галлоны) / единица времени (минуты) | Q = V / T |
Жидкость в лошадиных силах — HP | Лошадиная сила = Давление (PSIG) x Расход (GPM) / 1714 | HP = PQ / 1714 |
Основные гидравлические формулы
Формула для: | Формула слова: | Формула письма: |
ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ в фунтах на квадратный дюйм |
||
СКОРОСТЬ ПОТОКА ЖИДКОСТИ в галлонах / минута |
||
ЖИДКОСТЬ В ЛОШАДИНОЙ СИЛЕ |
||
СКОРОСТЬ через ТРУБОПРОВОД В Футах / Вторая Скорость |
||
СЖИМАЕМОСТЬ НЕФТИ Требуется масло Для достижения высокого давления |
||
Сжимаемость жидкости |
||
ОСОБАЯ ГРАВИТАЦИЯ ЖИДКОСТИ |
Соотношение давления, силы и лошадиных сил
Давление (фунт / кв.дюйм) = сила (фунты) / площадь (дюйм²)
Сила (фунты) = площадь (в ²) х давление (фунтов на квадратный дюйм)
Площадь (дюйм²) = сила (фунты) / давление (фунт / кв.дюйм)
Жидкость и мощность
Мощность жидкости Мощность (л.с.) = давление (фунт / кв.дюйм) х расход насоса (галлонов в минуту) / 1,714
Отношения крутящего момента и лошадиных сил
Крутящий момент (фунт-фут) = лошадиная сила (л.с.) x 5,252 / скорость (об / мин)
Лошадиная сила (л.с.) = крутящий момент (фут-фунт) х скорость (об / мин) / 5 252
Скорость (об / мин) = лошадиная сила (л.с.) x 5,252 / крутящий момент (фут-фунт)
Основные расчеты цилиндров:
Площадь поршневого цилиндра (дюйм²) = диаметр в квадрате x .7854
(Можно также использовать квадраты с радиусом 3,1416 х)
Площадь конца поршневого штока (торцевое кольцо) (дюйм²) = площадь поршневого цилиндра (дюйм²) — площадь штока (дюйм²)
Сила цилиндра (фунты) = давление (фунт / кв.дюйм) х площадь (дюйм²)
Скорость цилиндра (фут / мин) = 19,25 x скорость потока (галлонов в минуту) / площадь (дюйм²)
(Разделите на 60, чтобы преобразовать скорость в футы / с)
Скорость цилиндра (дюйм / мин) = скорость потока (куб. Дюйм / мин) / площадь (дюйм²)
(Обратите внимание, что 1 галлон США = 231 у.е.)
Время цилиндра (сек) = площадь (дюйм²) x ход цилиндра (дюйм) x .26 / расход (галлонов в минуту)
Расход цилиндра (галлонов в минуту) = 12 x 60 x скорость цилиндра (фут / с) x площадь (дюйм²) / 231
Объем цилиндра (галлоны) = площадь цилиндра (дюйм²) x ход цилиндра (дюйм) / 231
Основные расчеты гидравлического двигателя :
Крутящий момент двигателя (в фунтах) = давление (фунт / кв.дюйм) x рабочий объем двигателя (куб. Дюйм / об.) / 6,28
(Можно также использовать мощность (л.с.) х 63,025 / скорость (об / мин)
Скорость двигателя (об / мин) = 231 x скорость потока (галлонов в минуту) / рабочий объем двигателя (куб. Дюйм / об)
Мощность двигателя (л.с.) = крутящий момент (в фунтах) x скорость двигателя (об / мин) / 63 025
Расход двигателя (галлонов в минуту) = скорость двигателя (об / мин) х смещение двигателя (куб.см / об) / 231
Рабочий объем двигателя (куб. Дюйм / об.) = Крутящий момент (в фунтах) x 6,28 / давление (фунт / кв. Дюйм)
Основные расчеты насоса :
Расход на выходе насоса (галлонов в минуту) = частота вращения насоса (об / мин) x рабочий объем насоса (куб. Дюйм / об.) / 231
Скорость насоса (об / мин) = 231 x расход насоса (галлонов в минуту) / рабочий объем насоса (куб. Дюйм / об)
Мощность насоса (л.с.) = скорость потока (галлонов в минуту) х давление (фунт / кв.дюйм) / 1714 х коэффициент полезного действия насоса
(Можно также использовать мощность (л.с.) = крутящий момент (в фунтах) x скорость насоса (об / мин) / 63 025)
Крутящий момент насоса (в фунтах) = давление (фунт / кв.дюйм) х рабочий объем насоса (куб. Дюйм / об.) / 6,28
(Можно также использовать мощность (л.с.) х 63,025 / рабочий объем насоса (куб. Дюйм / об.)
Формула производства тепла : преобразование тепла в другие единицы
1 л.с. = 2545 БТЕ / ч = 42,4 БТЕ / мин = 33 000 фут. Фунтов / мин = 746 Вт
Лошадиная сила (л.с.) = давление (фунт / кв.дюйм) x расход (галлонов в минуту) / 1714 — BTU / час = 1½ x фунтов на кв. Дюйм х галлон
1 БТЕ / час = 0,0167 БТЕ / мин = .00039 л.с.
Пример: поток 10 галлонов в минуту через редукционный клапан с падением в 300 фунтов / кв. Дюйм = 1,75 л.с.
1.75 л.с. тепла = 4453 БТЕ / час = 105 БТЕ / мин = 57 750 футов. Фунтов / мин = 1305 Вт
- Большая часть этого тепла будет возвращена в резервуар.
- Обратите внимание, что тепло вырабатывается каждый раз, когда не производится механическая выходная работа.
Общая охлаждающая способность стального резервуара: HP (тепло) = .001 x TD x A
TD = разница температуры масла в резервуаре и окружающего воздуха
A = вся площадь поверхности резервуара в квадратных футах (включая дно, если оно поднято)
Общая информация и «Правила большого пальца» :
Оценка мощности привода насоса: 1 л.с. входного привода на каждый 1 галлон в минуту при производительности насоса 1500 фунтов / кв. Дюйм
Мощность на холостом ходу насоса: на холостом ходу и ненагруженном насосе потребуется около 5% от полной мощности л.с.
Объем резервуара (GALS) = длина (INS) x ширина (INS) x высота (INS) / 231
Сжимаемость масла: уменьшение объема приблизительно на 1/2% на каждые 1000 фунтов на квадратный дюйм давления
Сжимаемость воды: уменьшение объема приблизительно на 1/3% на каждые 1000 фунтов на квадратный дюйм давления
Мощность для нагрева гидравлического масла: каждый 1 ватт повышает температуру 1 галлона масла на 1 ° F в час
Указания по скорости потока в гидравлических линиях:
- От 2 до 4 футов / с = всасывающие линии
- От 10 до 15 футов / с = напорные линии до 500 фунтов на квадратный дюйм
- От 15 до 20 футов / с = напорные линии 500 — 3000 фунтов на квадратный дюйм
- 25 футов / с = напорные линии более 3000 фунтов на квадратный дюйм
- 4 фута / с = любые маслопроводы в системах подачи воздуха над маслом
Скорость потока нефти в трубе: скорость (фут / сек) = расход (галлонов в минуту) х. 3208 / внутренняя площадь трубы (кв. Дюймы)
Формулы площади круга:
- Площадь (кв. Дюймы) = π x r², где π (pi) = 3,1416 и r = радиус в дюймах в квадрате
- Площадь (кв. Дюймы) = π x d² / 4, где π (pi) = 3,1416 и d = диаметр в дюймах
- Окружность (ins) = 2 x π xr, где π (pi) = 3.1416, а r — радиус в дюймах
- Окружность (ins) = π xd, где π (pi) = 3.1416 и d = диаметр в дюймах
Часто используемые эквиваленты мощности жидкости :
Один галлон США равен:
- 231 кубический дюйм
- 3,785 литра (1 литр = 0,2642 доллара США)
- 4 кварта или 8 пинт
- 128 унций жидкости / 133,37 унции веса
- Вес 8,3356 фунтов
Одна лошадиная сила равна:
- 33 000 футов фунтов в минуту
- 550 футов в секунду
- 42,4 БТЕ / мин
- 2,545 БТЕ в час
- 746 Вт
- 0,746 кВт
На пси равняется:
- 0,0689 бар (1 бар = 14,504 фунтов на кв. Дюйм)
- 6,895 килопаскаля
- 2,0416 рт.ст. (дюймов ртутного столба)
- 27,71 ”воды
Одна атмосфера равна:
- 14,696 фунтов на квадратный дюйм
- 1,013 бар
- 29,921 рт.ст. (дюймов ртутного столба)
Эти страницы могут быть вам полезны:
- Задачи по гидравлике
- Решение задач по гидравлике
- Методические указания по гидравлике
- Примеры решения задач по гидравлике
- Учебник по гидравлике
- Сборник задач по гидравлике
- Курсовая работа по гидравлике
Давление и поток
Назначение давления и потока.
При изучении основ гидравлики были использованы следующие термины: сила, передача энергии, работа и мощность. Эти термины используются при описании взаимоотношения давления и потока. Давление и поток – два основных параметра каждой гидравлической системы. Давление и поток взаимосвязаны, но выполняют разную работу.
Давление сжимает или прикладывает усилие. Поток двигает предметы
Водяной пистолет является хорошим примером давления и потока в применении. Нажатие на спусковой крючок создаёт давление внутри водяного пистолета. Вода под давлением вылетает из водяного пистолета и таким образом сбивает деревянного солдатика.
Что такое давление?
Давайте подумаем, как и почему создаётся давление. Текучая среда (газ и жидкость) стремится к расширению или происходит сопротивление при их сжатии. Это и есть давление.
Когда вы накачиваете шину, вы создаёте в шине давление. Вы закачиваете в шину воздух больше и больше. Когда шина полностью наполнена воздухом, происходит нажатие на стенки шины. Такое нажатие является видом давления. Воздух является видом газа и может быть сжат.
Сжатый воздух давит на стенки шины с одинаковой силой в каждой точке. Жидкость находится под давлением. Основное отличие состоит в том, что газы могут сжиматься в большей степени, чем жидкости.
Одинаковая сила в каждой точке
Давление в сжатой жидкости
Если вы нажмёте на сжатую жидкость, возникнет давление. Так же как и в случае с шиной, давление одинаково в каждой точке бочки, содержащей жидкость. Если давление слишком велико, бочка может сломаться. Бочка сломается в слабом месте, а не там, где больше давление, потому что давление одинаково в каждой точке.
Жидкость почти не сжимается
Сжатая жидкость удобна при передаче силы по трубам, на изгибе, вверх, вниз, потому что жидкости почти несжимаемы и передача энергии происходит немедленно. Многие гидравлические системы используют масло. Это потому, что масло почти не сжимается. В тоже время, масло может использовать в качестве смазки.
Закон Паскаля: Давление, производимое внешними силами на поверхность жидкости или газа, передаётся по всем направлениям без изменения.
Отношение давление и силы
По закону Паскаля, отношение между давлением и силой выражается формулами: P = F/A
F = P х S, где P – давление, F – сила, S – площадь
Гидравлический рычаг
На модели поршня, показанной на рисунке ниже, можно увидеть пример уравновешивания различного веса через гидравлический рычаг. Паскаль открыл, как видно на этом примере, что малый вес малого поршня уравновешивает большой вес большого поршня, доказывая, что площадь поршня пропорционально весу. Это открытие применительно к сжимаемой жидкости. Причина, почему это возможно, это то, что жидкость всегда действует с равной силой на равную площадь.
На рисунке изображён груз 2 кг и груз 100 кг. Площадь одного груза, весом 2 кг – 1 см2, давление составляет 2 кг/см2. Площадь другогогруза, весом 100 кг – 50 см2, давление составляет 2 кг/см2. Два веса уравновешивают друг друга.
Механический рычаг
Та же ситуация может быть проиллюстрирована на примере механического рычага на рисунке ниже.
Кот весом 1 кг сидит на расстоянии 5 метров от центра тяжести рычага и уравновешивает кота весом 5 кг на расстоянии 1 метра от центра тяжести, подобно грузу на примере гидравлического рычага.
Преобразование энергии гидравлического рычага
Важно помнить, что жидкость действует равной силой на равную площадь. При работе это очень сильно помогает.
Имеется два цилиндра одинакового размера. Когда мы нажимаем на один поршень с усилием 10 кг, другой поршень выдавливается с усилием 10 кг, потому что площадь каждого цилиндра одинаковая. Если площади разные, силы тоже разные.
Например, допустим, что большой поршень имеет площадь 50 см2, а маленький поршень имеет площадь 1 см2, при усилии в 10 кг на маленький поршень происходит воздействие 10 кг/см2 на каждую часть большого клапана согласно закона Паскаля, поэтому большой поршень получает общую силу 500 кг. Мы используем давление для передачи энергии и выполнения работы.
Имеется важный пункт при преобразовании энергии, а именно, отношение между силой и расстоянием. Вспомни, на механическом рычаге, малый вес требует длинный рычаг для достижения равновесия. Для того, чтобы поднять кота весом 5 кг на 10 см, кот весом 1 кг должен опустить рычаг на 50 см вниз.
Давайте посмотрим на рисунок гидравлического рычага снова и подумаем о ходе малого поршня. Ход малого поршня 50 см необходим для передачи достаточного количества жидкости для передвижения поршня большого цилиндра на 1 см.
Поток создаёт движение
Что такое поток?
При разнице давления в двух точках гидравлической системы, жидкость стремится к точке с наименьшим давлением. Такое движение жидкости называется потоком. Здесь приведены несколько примеров потока. Вода в городском водопроводе создаёт давление. Когда мы поворачиваем кран, то за счёт разности давления из крана течёт вода.
В гидравлической системе поток создаёт насос. Насос создаёт непрерывный поток
Скорость и величина потока
Скорость и величина потока используются для измерения потока.
Скорость показывает расстояние, пройденное за определённый промежуток времени.
Величина потока показывает, сколько жидкости протекает через определённую точку за данный момент времени.
Величина потока и скорость
В гидравлическом цилиндре легко рассмотреть отношение между величиной потока и скоростью.
Во первых, мы должны подумать об объёме цилиндра, который мы должны заполнить и затем подумать о ходе поршня.
На рисунке показан цилиндр А длинной 2 метра и объёмом 10 литров и цилиндр В длинной 1 метр и объёмом 10 литров. Если закачать 10 литров жидкости в минуту в каждый цилиндр, полный ход обоих поршней длится 1 минуту. Поршень цилиндра А двигается в два раза быстрее, чем цилиндра В. Это происходит потому, что поршень должен пройти расстояние в два раза больше за один и тот же промежуток времени.
Это значит, что цилиндр с меньшим диаметром двигается быстрее, чем цилиндр с большим диаметром при одинаковой скорости потока для обоих цилиндров. Если мы увеличим скорость потока до 20 л/мин, обе камеры цилиндра наполнятся в два раза быстрее. Скорость поршня должна увеличиться в два раза.
Таким образом, мы имеем два пути увеличения скорости цилиндра. Один путём уменьшения размера цилиндра и другой за счёт увеличения скорости потока. Скорость цилиндра, таким образом, пропорциональна скорости потока и обратно пропорционально площади поршня.
Давление и сила
Создание давления
Если вы надавите на пробку в бочке, заполненную жидкостью, пробка будет остановлена жидкостью. При нажатии, жидкость под давлением давит на стенки бочки. При чрезмерном нажатии возможен разрыв бочки.
Путь наименьшего сопротивления
Если имеется бочка с водой и отверстием. При нажатии на крышку сверху, вода вытекает из отверстия. Вода, проходя через отверстие, не встречает сопротивления.
Когда сила прикладывается к сжатой жидкости, жидкость ищет путь наименьшего сопротивления.
Неисправности оборудования, использующие давление масла.
Вышеописанные характеристики гидравлических жидкостей являются полезными для гидравлического оборудования, но также являются источником многих неисправностей.
Например, если произошла течь в системе, гидравлическая жидкость будет вытекать, так как ищет путь наименьшего сопротивления. Типичными примерами является течь ослабленных соединений и уплотнений.
Естественное давление
Мы разговаривали про давление и поток, но часто давление существует без потока. Сила тяжести является хорошим примером. Если мы имеем три взаимосвязанных резервуара разного уровня, как показано на рисунке, сила тяжести сохраняет жидкости во всех резервуарах на одном уровне. Это другой принцип, который мы можем использовать в гидравлической системе.
Значение силы тяжести
Под действием силы тяжести масло попадает из бака к насосу. Масло не всасывается насосом, как думают многие люди. Насос служит для подачи масла. Что обычно понимают под всасыванием насоса, обозначает подачу масла к насосу под действием силы тяжести.
Масло к насосу поступает под действием силы тяжести.
Масса жидкости
Масса жидкости также создаёт давление. Дайвер, который ныряет в море, скажет, что он не может нырять слишком глубоко. Если дайвер опустится слишком глубоко, давление раздавит его. Это давление создаётся массой воды. Таким образом, мы имеем вид давления, которое появляется самостоятельно от веса воды.
Давление возрастает пропорционально глубине и мы можем точно измерить давление на глубине. На рисунке изображена квадратная колонна с водой высотой 10 метров. Известно, что один кубический метр воды весит 1000 кг. При увеличении высоты колонны до 10 метров, вес колонны увеличится до 10000 кг. На дне образуется один квадратный метр. Таким образом вес распределяется на 10000 квадратных сантиметров. Если мы разделим 10000 кг на 10000 квадратных сантиметров, то получится, что давление на этой глубине составляет 1 кг на 1 квадратный сантиметр.
Что вызывает давление?
Когда давление смешивается с потоком, мы имеем гидравлическую силу. Откуда поступает давление в гидравлическую систему. Часть – это результат силы тяжести, но откуда берётся остальное давление.
Нагрузка создает давление. Большая часть давления появляется от воздействия нагрузки. На рисунке ниже, насос подаёт масло непрерывно. Масло из насоса находит путь наименьшего сопротивления и направляется через шланг к рабочему цилиндру. Вес нагрузки создаёт давление, величина которого зависит от веса.
Давление в параллельном соединении
Имеется три различных груза, соединённых параллельно в одной гидравлической системе, как показано на рисунке ниже. Масло, как обычно, ищет путь наименьшего сопротивления. Это значит, что самый лёгкий груз поднимется первым, потому что цилиндру В понадобится наименьшее давление. Когда самый лёгкий груз поднимется, давление возрастёт, чтобы поднять следующий по весу груз из оставшихся. Когда цилиндр А достигнет окончания хода, давление возрастёт, чтобы поднять самый тяжёлый груз. Цилиндр С поднимется последним.
Гидравлическая сила рабочего цилиндра
(1) Закон инертности говорит о том, что свойство тела сохранять своё состояние покоя или прямолинейного равномерного движения, пока какая-либо внешняя сила не выведет его из этого состояния. Это одна причина, почему поршень рабочего цилиндра не двигается.
(2) Другая причина, почему поршень не двигается это нахождение на нём груза.
(3) Когда насос начинает давить на цилиндр, рабочий поршень и груз оказывают сопротивление потоку масла. Таким образом, давление возрастает. Когда это давление преодолевает сопротивление поршня, поршень начинает движение.
(4) Когда поршень двигается вверх, он поднимает груз. Давление и поток используются вместе для выполнения работы. Это гидравлическая сила в действии.
Поток
Ранее мы говорили, что поток совершает работу и двигает предметы. Имеется другой ключевой момент – Каким образом скорость потока относится к работе гидравлической системы?
Ответом является то, что скорость потока постоянная.
Возрастающая скорость потока создаёт высокую скорость
Многие люди думают, что возрастающее давление повышает скорость, но это не правда. Вы не можете заставить двигаться поршень быстрее, повысив давление. Если вы хотите заставить двигаться поршень быстрее, вы должны повысить скорость потока.
При закрытие предохранительного клапана, скорость не возрастает
Здесь приведена одна распространённая ошибка при поиске неисправности в гидравлической системе. Когда скорость цилиндра падает, некоторые механики сразу направляются к предохранительному клапану, потому что они думают, что повышение давления увеличит рабочую скорость. Они стараются уменьшить настройки предохранительного клапана, что предполагается повысит максимальное давление в системе. Такие изменения не приводят к увеличению скорости действия. Предохранительный клапан служит для защиты гидравлической системы от чрезмерного давления. Параметры давления никогда не должны быть выше величины установленного давления. Вместо повышения установок давления, механики должны искать другие причины неисправности системы.