Главная страница
Содержание
Введение
Некоторые вопросы проэктирования схем гидропривода
Определение основных параметров гидроприводов поступательного движения
Определение основных параметров гидроприводов вращательного движения
Определение КПД гидропривода
Расчет объема гидробака
Построение нагрузочной характеристики гидропривода
Выбор исходных данных
Список рекомендуемой литературы
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
5. Расчет объема гидробака
Надежная и эффективная работа гидропривода возможна в условиях оптимального состояния, обеспечивающего постоянство рабочих характеристик. Повышение температуры влечет за собой увеличение объемных потерь, нарушаются условия смазки, повышается износ деталей, в рабочей жидкости активизируются ее окисление и выделение из нее смолистых осадков, ускоряющих облитерацию проходных капиллярных каналов и дроссельных щелей.
Основной причиной нагрева является наличие гидравлических сопротивлений в системах гидропривода. Дополнительной причиной являются объемные и гидромеханические потери, характеризуемые объемным и гидромеханическим КПД.
Потери мощности в гидроприводе, переходящие в тепло
ΔN = Nпр – Nпол
а при цикличной работе
ΔN = Nпр.ср – Nпол.ср
Количество тепла Eпр, выделяемое в гидроприводе в единицу времени, эквивалентно теряемой в
гидроприводе мощности ΔN
Eпр 
ΔN
Условие приемлемости теплового режима в системе гидропривода
ΔNуст 
ΔNдоп = NM max – TO max
где ΔNуст – перепад температур между рабочей жидкостью и окружающим воздухом в
установившемся режиме;
ΔNдоп – максимально допустимый перепад температур между рабочей жидкостью и
окружающим воздухом;
NM max – максимально допустимая температура рабочей жидкости (должна соответствовать
минимально допустимой вязкости, указанной в технических условиях на выбранный тип насосов и гидромоторов),
при выполнении курсовой работы принимается равной 70…75ºС.;
TO max – максимальная температура окружающего воздуха (соответствует верхнему пределу
рабочего температурного диапазона, указанного в заданных условиях эксплуатации машины), при выполнении
курсовой работы принимается равной 35ºС.
Площадь поверхности теплообмена, необходимая для поддержания перепада
ΔTуст ΔTдоп
[6, с.255],
где Kтр и Kб – коэффициенты теплопередачи труб и гидробака, Вт/(м2·ºС):
для труб Kтр = 12…16;
для гидробака Kб = 8…12;
при обдуве гидробака Kб = 20…25;
для гидробака с водяным охлаждением Kб = 110…175.
Площадь поверхности теплообмена складывается из поверхности труб Sтр, через которые
происходит теплообмен с окружающей средой, и поверхности теплоотдачи бака Sб
S = Sтр + Sб
Для определения поверхности труб воспользуемся формулой:
Sтр = πd ( l1+l2 )
а для теплоотдающей поверхности бака зависимостью
Sб = ab + 2ah1 + 2bh1
где а, в, h1 – длина, ширина и глубина масла в приемном гидробаке,
соответственно (рис.5.1).
Рис.4. Гидравлический бак
Найдя площадь поверхности гидробака, определим его объем [7, с.287]:
и округлим до стандартного значения в большую сторону.
Номинальные емкости для приводов гидростатических, пневматических и смазочных систем по ГОСТ 12448-80,
л [7, с.37, табл.14]:
| 1 | 0.125 | 0.16 | 0.2 | 0.25 | 0.2 | 0.4 | 0.5 | 0,63 | 0,8 |
| 1 | 1.25 | 1.6 | 2 | 2.5 | 3.2 | 4 | 5 | 6,3 | 8 |
| 10 | 12.5 | 16 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 63 | 80 |
| 100 | 125 | 160 | 200 | 250 | 320 | 400 | 500 | 630 | 800 |
| 1000 | 1250 | 1600 | 2000 | 2500 | 3200 | 4000 | 5000 | 6300 | 8000 |
| 10000 | 12500 | 16000 | 20000 | 25000 | – | – | – | – | – |
Конструктивно подбираем размеры гидробака: длину a, ширину b, высоту h (h > h1), учитывая, что его форма имеет форму параллелепипеда (V = a·b·h).
Наверх страницы
(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).
Гидробак
обеспечивает хранение запаса рабочей
жидкости (сверх объема в гидросистеме)
и охлаждает ее.
Размеры
гидробака устанавливаются такими, чтобы
температура рабочей жидкости при
непрерывной работе гидропривода не
поднималась выше максимально допустимой.
(13)
где
–объём рабочей жидкости, подаваемой
насосом в минуту, л.
.
Объём
бака определяется по формуле:
.
(14)
Объём
бака выразим через соотношение сторон
(b=0,5a,
h=0,6a).
Подставим полученные значения в формулу
(14):
0,3а3=212,
а=7,3
м – длина бака;
b=7,3∙0,5=3,7
м – ширина бака;
h=7,3∙0,6=4,4
м – высота бака.
4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕПАДА (ПОТЕРЬ) ДАВЛЕНИЯ,
ФАКТИЧЕСКОГО
ДАВЛЕНИЯ НАСОСА И КПД ГИДРОПРИВОДА
4.1
Фактическое давление насоса
В
зависимости от вида гидропривода
фактическое давление насоса рассчитывают
по различным формулам.
В
нашем случае гидропривод вращательного
движения. Рассчитывается по формуле:
,
(20)
где
–
потеря давления в распределителе (линия
нагнетания) при расходе, равном подаче
насоса;
–
перепад давления в гидромоторе;
–
потеря давления в фильтре;
–
потери давления в гидролиниях на участке
цилиндр – бак;
4.2
Потери (перепады) давления
Потери
в гидролиниях определяются по формуле:
.
(21)
где
– плотность рабочей жидкости, ρ = 860 кг/м3;
–
ускорение свободного падения,g
= 9,81 м/с2;
–
коэффициент местных потерь, определяемый
в зависимости от вида местного
сопротивления, так как нет поворотов,
то его значение принимаем равным 0;
–
коэффициент потерь по длине, определяемый
в зависимости от числа Рейнольдса;
–
скорость движения жидкости в линии,
м/с;
–
диаметр трубы i-го
участка гидролинии;
–
длина i-го
участка гидролинии.
Число
Рейнольдса определяем по формуле:
(22)
так
как число Рейнольдса больше 2000 и меньше
4000, то режим течения переходный и
коэффициент потерь по длине примем
равным 0,03.
=
0,007 МПа.
=
0,011 МПа.
Результаты
расчетов потерь давления представлены
в Таблице 8
Таблице
8-Результаты расчетов
|
Участок |
Длина |
Расход |
Расчетная |
Диаметрdт’,м |
Число |
Коэффициент |
Потери
∆p, |
|
|
λ |
∑ξ |
|||||||
|
Распределитель |
1 |
0,0035 |
4,5 |
0,029 |
3985 |
0,03 |
0,3 |
0,011 |
|
Гидромотор |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
23,1 |
|
Распределитель |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,8 |
|
Фильтр |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,3 |
|
Дроссель |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
0,75 |
|
Насос-бак |
0,5 |
0,0035 |
4,5 |
0,029 |
3985 |
0,03 |
0 |
0,006 |
После
определения
,
проверяется выполнение условия
(принимается по технической характеристике
насоса):
24,978
МПа < 32 МПа.
4.3
КПД гидропривода
Полный
КПД гидропривода вращательного действия
определяется как произведение КПД его
агрегатов:
η=
ηн∙ηс∙ηм,
(24)
гдеηн=0,91
– КПД насоса;
ηм=0,84
– КПД гидромотора;
ηс
–
КПД гидросистемы без учета местных
потерь, рассчитывается по формуле:
(25)
η=
0,91∙0,84∙0,88=0,67
Для
проверки полный КПД гидропривода можно
вычислить как отношение мощностей
полезной к затраченной:
η=
,
(26)
η=
.
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
Учебные вопросы:
- Основные физические свойства жидкости.
- Гидростатика.
- Основное уравнение гидростатики.
- Пьезометрический и гидростатический напоры.
- Вакуум. Закон Паскаля.
- Виды движения жидкости.
- Гидродинамика.
- Уравнение неразрывности потока.
- Ламинарный и турбулентный режим движения жидкости.
- Уравнение Бернулли.
Основные физические свойства жидкости.
В отличие от твердого тела жидкость характеризуется малым сцеплением между частицами, вследствие чего она обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который ее помещают.
Жидкости подразделяют на два вида:
- капельные
- газообразные
Капельные жидкости обладают большим сопротивлением сжатию (практически несжимаемы) и малым сопротивлением касательным и растягивающим усилиям (из-за незначительного сцепления частиц и малых сил трения между частицами).
К капельным жидкостям относятся вода, бензин, керосин, нефть, ртуть и другие
Газообразные жидкости характеризуются почти полным отсутствием сопротивления сжатию.К газообразным жидкостям относятся все газы.
К основным физическим свойствам жидкости относятся:
Плотность — это отношение массы к объему, занимаемому этой массой. Плотность измеряют в системе СИ в килограммах на кубический метр (кг/м3). Плотность воды составляет 1000 кг/м3.
Используются также укрупненные показатели: – килопаскаль — 1 кПа= 103 Па; – мегапаскаль — 1 МПа = 106 Па.
Сжимаемость жидкости — это ее свойство изменять объем при изменении давления. Это свойство характеризуется коэффициентом объемного сжатия или сжимаемости, выражающим относительное уменьшение объема жидкости при увеличении давления на единицу площади. Для расчетов в области строительной гидравлики воду считают несжимаемой. В связи с этим при решении практических задач сжимаемостью жидкости обычно пренебрегают.
Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости. Модуль упругости измеряется в паскалях
.
Температурное расширение жидкости при ее нагревании характеризуется коэффициентом температурного расширения, который показывает относительное увеличение объема жидкости при изменении температуры на 1 С.
В отличие от других тел объем воды при ее нагревании от 0 до 4 °С уменьшается. При 4 °С вода имеет наибольшую плотность и наибольший удельный вес; при дальнейшем нагревании ее объем увеличивается. Однако в расчетах многих сооружений при незначительных изменениях температуры воды и давления изменением этого коэффициента можно пренебречь.
Вязкость жидкости — ее свойство оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Силы, возникающие в результате скольжения слоев жидкости, называют силами внутреннего трения, или силами вязкости.
Силы вязкости проявляются при движении реальной жидкости. Если жидкость находится в покое, то вязкость ее может быть принята равной нулю. С увеличением температуры вязкость жидкости быстро уменьшается; остается почти постоянной при изменении давления.
Гидростатика
Гидростатикой называется раздел гидравлики, в котором рассматриваются законы равновесия жидкости и их практическое применение.
Гидростатическое давление
В покоящейся жидкости всегда присутствует сила давления, которая называется гидростатическим давлением.
Жидкость оказывает силовое воздействие на дно и стенки сосуда. Частицы жидкости, расположенные в верхних слоях водоема, испытывают меньшие силы сжатия, чем частицы жидкости, находящиеся у дна.
Гидростатическое давление обладает свойствами
- Свойство 1. В любой точке жидкости гидростатическое давление перпендикулярно площадке касательной к выделенному объему и действует внутрь рассматриваемого объема жидкости.
- Свойство 2. Гидростатическое давление неизменно во всех направлениях.
- Свойство 3. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве.
Основное уравнение гидростатики
Рассмотрим распространенный случай равновесия жидкости, когда на нее действует только одна массовая сила – сила тяжести, и получим уравнение, позволяющее находить гидростатическое давление в любой точке рассматриваемого объема жидкости. Это уравнение называется основным уравнением гидростатики.
Пусть жидкость содержится в сосуде (рис.8 ) и на ее свободную поверхность действует давление P0 . Найдем гидростатическое давление P в произвольно взятой точке М, расположенной на глубине h. Выделим около точки М элементарную горизонтальную площадку dS и построим на ней вертикальный цилиндрический объем жидкости высотой h. Рассмотрим условие равновесия указанного объема жидкости, выделенного из общей массы жидкости. Давление жидкости на нижнее основание цилиндра теперь будет внешним и направлено по нормали внутрь объема, т.е. вверх.
Запишем сумму сил, действующих на рассматриваемый объем в проекции на вертикальную ось:
PdS – P0 dS – ρghdS = 0
Последний член уравнения представляет собой вес жидкости, заключенный в рассматриваемом вертикальном цилиндре объемом hdS. Силы давления по боковой поверхности цилиндра в уравнение не входят, т.к. они перпендикулярны к этой поверхности и их проекции на вертикальную ось равны нулю. Сократив выражение на dS и перегруппировав члены, найдем:
P = P0 + ρgh = P0 + hγ
Полученное уравнение называют основным уравнением гидростатики. По нему можно посчитать давление в любой точке покоящейся жидкости. Это давление, как видно из уравнения, складывается из двух величин: давления P0 на внешней поверхности жидкости и давления, обусловленного весом вышележащих слоев жидкости.
Пьезометрический и гидростатический напоры
Рассмотрим закрытый сосуд с жидкостью, к которому в точках А и В на произвольной глубине присоединены пьезометры I и II (рис. 9).
Давление на свободной поверхности в сосуде больше атмосферного. Трубка I сверху открыта и давление на свободной поверхности в ней равно атмосферному. Трубка II сверху запаяна, из нее удален воздух, т.е. давление в ней равно нулю.
Для определения вертикальных координат точек А и В проведем на произвольной высоте горизонтальную плоскость 0-0. Эта плоскость называется плоскостью сравнения. Вертикальное расстояние от плоскости сравнения до рассматриваемой точки называется геометрической высотой точки по отношению к плоскости сравнения и обозначается буквой. За плоскость сравнения может быть принят уровень земли, пола.
Так как давление в сосуде на свободной поверхности жидкости больше атмосферного, то в пьезометрических трубках I и II жидкость поднимется на большую высоту, чем уровень жидкости в сосуде. Обозначим высоту поднятия жидкости в открытом пьезометре через – пьезометрическая высота, а высоту поднятия жидкости в закрытом пьезометре через – приведенная высота.
Пьезометрическая высота – мера манометрического давления в точке А. Приведенная высота – мера абсолютного давления в точке В. Разность высот , равна высоте столба жидкости, соответствующей атмосферному давлению т.е. 10 м.в.ст.
Сумма геометрической высоты и пьезометрической для любой точки жидкости будет величиной постоянной и называется пьезометрическим напором:
формула 1
но
формула 2
Подставив это выражение в формулу (1) получим:
формула 3
формула 4
это сумма приведенной высоты и геометрической высоты положения, называемая гидростатическим напором Hs.
Тогда:
формула 5
В уравнении (5) Hs=const для любой точки жидкости, а не 
зависит от положения точки. Значит:
формула 6
Поэтому, сколько бы мы пьезометров не подключили, во всех пьезометрах жидкость установится на одном уровне: плоскость, соответствующая уровню П–П, называется пьезометрической плоскостью, а уровню Н–Н – напорной плоскостью.
Пьезометрический напор является мерой удельной потенциальной энергии жидкости. Предположим, что вес частицы жидкости в точке А. равен G. о отношении к плоскости сравнения О – О запас потенциальной энергии положения равен G*z, где -Z высота от плоскости О – О до точки А.
Под действием избыточного гидростатического давления Pm частица, находящаяся на глубине h , может подняться на высоту hp, то есть она обладает потенциальной энергией давления равной G*hp. Полная потенциальная энергия частицы жидкости весом G равна G*z+G*hp.
Удельная потенциальная энергия, т.е. энергия приходящаяся на единицу веса частицы будет соответственно равна:
Аналогично, гидростатический напор Hs является также мерой удельной потенциальной энергии жидкости, но большей по сравнению Hp на величину удельной потенциальной энергии атмосферного давления.
Вакуум. Закон Паскаля.
Вакуум — пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, содержащую газ при давлении значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного падения молекул газа λ и характерным размером среды d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т. д. В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий, средний и высокий вакуум.
Насос для демонстрации вакуума
Законом Паскаля в гидростатике называется следующее утверждение,сформулированное французским учёным Блезом Паскалем: давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.
На основе закона Паскаля работают различные гидравлические устройства: тормозные системы, гидравлические процессы и др.
В законе Паскаля речь идет не о давлениях в разных точках гидравлической системы, а о возмущениях давления в разных точках, поэтому закон справедлив и для жидкости в поле силы тяжести.
В случае движущейся несжимаемой жидкости можно условно говорить о справедливости закона Паскаля, ибо добавление произвольной постоянной величины к давлению не меняет вида уравнения движения жидкости, однако в этом случае термин закон Паскаля обычно не применяется. Для сжимаемых жидкостей (газов) закон Паскаля, вообще говоря, несправедлив.
Виды движения жидкости
Виды движения жидкости бывают:
Неустановившимся – называют движение жидкости, все или некоторые характеристики которого изменяются во времени, т. е. давление и скорость зависят как от координат , так и от времени
.
Примерами неустановившегося движения являются опорожнение резервуаров, водохранилищ, движение воды в реках при переменном уровне (при паводках, сбросах воды через плотину) и т. д.
сброс воды через плотину
Установившимся – наз. движение жидкости неизменное во времени, при котором давление и скорость являются функциями только координат, но не зависит от времени. u = f1(x, y, z); p = f2(x, y, z).
Установившееся движение подразделяется на:
- равномерное
- неравномерное
Равномерное движение характеризуется постоянством параметров по длине потока. Примерами такого движения являются движения в трубах постоянного сечения и в каналах правильной формы. Поле линий тока равномерного движения – семейство параллельных прямых.
При неравномерном движении скорость, глубина, площади сечений потока изменяются по его длине. Из неравномерных движений можно выделить так называемое плавно изменяющееся движение, которое характеризуется малой кривизной линий тока и малым углом расхождения линий тока .
В зависимости от причин, вызывающих движение, и условий, в которых оно происходит, различают:
- напорное движение
- безнапорное движение
Напорное движение происходит в потоке, со всех сторон ограниченном твердыми стенками. Давление во всех точках потока отлично от атмосферного и может быть как больше, так и меньше последнего. Движение происходит под действием разности давлений по длине потока, которая может быть создана водонапорной башней, питающим баком, насосной установкой.
Безнапорное движение происходит под действием силы тяжести при наличии свободной поверхности жидкости. Примерами безнапорного движения является движение в реках, каналах и трубах, когда сечение последних не полностью заполнено жидкостью.
Гидродинамика
Предметом изучения гидродинамики является движущаяся жидкость. Как было указано ранее, все без исключения физические и химические процессы, которые составляют основу промышленных технологических процессов, происходят в динамических условиях, в условиях движения текучих сред.
При движении жидкостей под воздействием внешних сил в потоках прежде всего формируются поля скоростей микро- и макрочастиц, которые определяют формирование температурных и полей концентраций веществ, что в конечном итоге обусловливает скорость протекания процессов.
На движущуюся жидкость, кроме сил, которые действовали на покоящуюся жидкость (поверхностные силы гидростатического давления и массовые силы: силы тяжести и внешние силы инерции), действуют дополнительные силы инерции и силы трения. В отличие от гидростатического давления, величина которого не зависит от ориентации поверхности, на которое оно действует, возникающее при движении гидродинамическое давление благодаря развитию напряжениям сдвига (касательным силам), различно в направлении осей X, Y и Z.
Наличие сил внутреннего трения между движущимися частицами жидкости (в соответствии с законом внутреннего трения Ньютона) является первопричиной различия скоростей движения в различных точках по поперечному сечению канала. Характер этого различия, который обусловливается характером связи между давлением и скоростью движения частиц в любой точке потока. Это и является основной задачей теории гидродинамики.
Уравнение неразрывности потока.
Уравнение неразрывности потока отражает закон сохранения массы: количество втекающей жидкости равно количеству вытекающей. Например, на рис. 15 расходы во входном и выходном сечениях напорной трубы равны: q1 = q2.
Схема к уравнению неразрывности потока.
С учётом, что q = Vw, получим уравнение неразрывности потока:
V1 w1 = V2 w2
Если отсюда выразим скорость для выходного сечения:
V2 = V1 w1 /w2 ,
то легко заметить, что она увеличивается обратно пропорционально площади живого сечения потока. Такая обратная зависимость между скоростью и площадью является важным следствием уравнения неразрывности и применяется в технике, например, при тушении пожара для получения сильной и дальнобойной струи воды.
Ламинарный и турбулентный режим движения жидкости.
Наблюдения показывают, что в природе существует два разных движения жидкости:
- слоистое упорядоченное течение – ламинарное движение, при котором слои жидкости скользят друг друга, не смешиваясь между собой;
- турбулентное неурегулированное течение, при котором частицы жидкости движутся по сложным траекториям, и при этом происходит перемешивание жидкости.
От чего зависит характер движения жидкости, установил Рейнольдс в 1883 году путем. Эксперименты показали, что переход от ламинарного к турбулентному движению происходит при определенной скорости (критическая скорость), которая для труб различных диаметров неодинакова: при увеличении диаметра она увеличивается, критическая скорость так же увеличивается при увеличении вязкости жидкости. Рейнольдс вывел общие условия существования ламинарного и турбулентных режимов движения жидкости. По Рейнольдсу режима движения жидкости зависят от безразмерного числа, которое учитывает основные, определяющие это движение: среднюю скорость, диаметр трубы, плотность жидкости и ее абсолютную вязкость.
Это число называется числом Рейнольдса:
Число Рейнольдса, при котором происходит переход от одного режима движения жидкости в другой режим, называется критическим .
При числе Рейнольдса 
наблюдается ламинарный режим движения, при числе Рейнольдса 
– турбулентный режим движения жидкости. Чаще критическое значение числа принимают равным 
это значение соответствует переходу движения жидкости от турбулентного режима к ламинарного.
При переходе от ламинарного режима движения жидкости к турбулентному критическое значение имеет большее значение. Критическое значение числа Рейнольдса увеличивается в трубах, сужаются, и уменьшается в тех, что расширяются. Это объясняется тем, что при сужении поперечного сечения скорость движения частиц увеличивается, поэтому тенденция к поперечного перемещения уменьшается.
Уравнение Бернулли.
Закон (уравнение) Бернулли является следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего трения) несжимаемой жидкости:
Здесь:
p — плотность жидкости,
v— скорость потока,
h— высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости,
p— давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости,
g— ускорение свободного падения.
Константа в правой части часто называется полным давлением и зависит, в общем случае, от линии тока.
Размерность всех слагаемых — единица энергии, приходящаяся на единицу объёма жидкости. Первое и второе слагаемое в интеграле Бернулли имеют смысл кинетической и потенциальной энергии, приходящейся на единицу объёма жидкости. Следует обратить внимание на то, что третье слагаемое по своему происхождению является работой сил давления и не представляет собой запаса какого-либо специального вида энергии .
Соотношение, близкое к приведенному выше, было получено в 1739 г. Даниилом Бернулли, с именем которого обычно связывают интеграл Бернулли. В современном виде интеграл был получен Иоганном Бернулли около 1740 года.
Daniel Bernoulli,1700–82
Bernoulli Johann 1667-1748
СВОЙСТВА ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ
Список литературы:
1. В.П. Гусев «Основы гидравлики», Томск, 2009 г.
2. Бретшнайдер С. «Свойства газов и жидкостей», Москва
