8. Гидравлический удар в трубопроводах Гидравлический удар в трубопроводе — это явление скачкообразного изменения давления в жидкости, происходящее вследствие резкого изменения скорости движения жидкости. Гидравлический удар может происходить при резком открытии или закрытии задвижки в трубопроводе, при остановке насоса или турбины и в других случаях. При быстром закрытии задвижки происходит торможение жидкости у задвижки и резкое увеличение давления. Область повышенного давления распространяется по жидкости в сторону, противоположную начальной скорости ее движения. Скорость движения границы этой области называется скоростью распространения волны гидравлического удара с (8. 1) где К — модуль упругости жидкости; — ее плотность; d — внутренний диаметр; Е — модуль упругости материала стенок трубопровода; — толщина стенок трубопровода.
Если трубопровод не деформируем, то скорость распространения волны гидравлического удара становится равной скорости звука в данной жидкости: (8. 2) Фазой гидравлического удара Т называется удвоенное время пробега ударной волны от места возникновения гидравлического удара до области потока, в которой давление можно считать постоянным например, резервуар с жидкостью, из которого начинается трубопровод, воздушный колпак насоса, магистральный трубопровод, от которого начинается местная линия). Таким образом T = 2 l/c, (8. 3) где l - расстояние от места возникновения гидравлического удара до области, где давление постоянно. Прямым называется гидравлический удар, при котором время изменения скорости t меньше фазы гидравлического удара (t < Т)
Для прямого гидравлического удара ударное повышение давления определяется по формуле Н. Е. Жуковского p = c , (8. 4) где — изменение скорости движения потока. Если время изменения скорости больше фазы гидравлического удара (t > T), то гидравлический удар называется непрямым, и при линейном во времени законе изменения скорости изменение давления определяется по формуле (8. 5)
9. Движение неньютоновских жидкостей в трубах При движении вязкой ньютоновской жидкости по круглой трубе в соответствии с законом вязкого трения Ньютона (1. 5) касательное напряжение пропорционально градиенту скорости и(r ), т. е. (9. 1) где r — текущий радиус. Величина = u/ r называется скоростью сдвига и уравнение (10. 1) записывается в виде (9. 2) При этом считается, что при температуре Т = const, динамический коэффициент вязкости = const. Уравнение (9. 2) представляет собой простейший пример реологического уравнения жидкости. Это уравнение содержит единственный реологический параметр - динамический коэффициент вязкости. Наиболее простой классификацией неньютоновских жидкостей является классификация, в которой неньютоновские жидкости группируются по трем основным категориям.
1. Неньютоновские вязкие жидкости, для которых скорость сдвига зависит только от приложенных напряжений, т. е. = f( ). (9. 3) 2. Жидкости, для которых скорость сдвига определяется не только величиной касательного напряжения, но и продолжительностью его действия. 3. Вязкоупругие жидкости, проявляющие одновременно вязкость и упругость. Неньютоновские вязкие жидкости делятся на две группы: а) жидкости, обладающие начальным напряжением сдвига 0, т. е. жидкости, которые начинают течь лишь после того, как касательное напряжение превысит некоторый предел 0; б) жидкости, не обладающие начальным напряжением сдвига 0. Примером жидкости группы а) является вязкопластичная жидкость. (9. 4)
т. е. при 0 среда ведет себя как твердое тело. Примером жидкостей группы б) являются степенные или нелинейновязкие жидкости. Их реологическое уравнение имеет вид = k n, где k - консистентность; n - индекс течения. Зависимость касательного напряжения от скорости сдвига называется кривой течения. Кривые течения степенных жидкостей проходят через начало координат. При п < 1 жидкость называется псевдопластичной, а при п > 1 - дилатантной. Рис. 9. 1. Кривые течения неньютоновских вязких жидкостей
На рис. 9. 1 приведены кривые течения неньютоновских вязких жидкостей. Кривая 1 соответствует вязкопластичной жидкости, кривая 2 — псевдопластичной, кривая 4 — дилатантной; кривая 3 соответствует случаю п = 1, т. е. представляет собой кривую течения для вязкой жидкости. Для неньютоновских вязких жидкостей вводится понятие кажущейся вязкости (9. 5) и текучести (9. 6) В отличие от ньютоновской жидкости величины а и а — не константы, а функции касательного напряжения.
10. Гидропривод Гидравлический привод (гидропривод) — это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель. Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д. ). Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др. ). Приводным двигателем насоса могут быть электродвигатель, дизель и другие, поэтому иногда гидропривод называется соответственно электронасосный, дизельнасосный и т. д.
ВИДЫ ГИДРОПРИВОДОВ Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объемные. В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости. В объемных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости. Широкое распространение в настоящее время получил объёмный гидропривод. Под объёмным гидроприводом понимается совокупность объёмных гидромашин, гидроаппаратуры и других устройств, предназначенная для передачи механической энергии и преобразования движения посредством рабочей жидкости. Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др. Одна из особенностей, отличающая объёмный гидропривод от гидродинамического, - большие давления в гидросистемах. Так, номинальные давления в гидросистемах экскаваторов могут достигать 32 МПа, а в некоторых случаях рабочее давление может быть более 300 МПа. Объёмный гидропривод применяется в горных и строительно-дорожных машинах, в станкостроении и др. В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объемные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам
Скачать презентацию 8 Гидравлический удар в трубопроводах Гидравлический удар в
Лекции по гидравлике. Часть 6.ppt