Особые состояния жидкости. Растворимость газа в жидкости.

ГИДРАВЛИКА

ЖИДКОСТЬ.

1.1. Жидкость – любая сплошная среда, обладающая св-ом текучести. Вещество, находящееся в жидком агрегатном состоянии, занимающем промежуточное положение между твёрдым и газообразным состояниями.

Жидкости характеризуются следующими основными физическими свойствами: плотностью, удельным весом, удельным объемом, сжимаемостью, вязкостью

Свойства: физические и эксплуатационные (последние не рассматриваются в курсе)

Текучесть. Основным свойством жидкостей является текучесть. Если к участку жидкости, находящейся в равновесии, приложить внешнюю силу, то возникает поток частиц жидкости в том направлении, в котором эта сила приложена: жидкость течёт. Таким образом, под действием неуравновешенных внешних сил жидкость не сохраняет форму и относительное расположение частей, и поэтому принимает форму сосуда, в котором находится.

Вязкостью называют свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) слоев жидкости. Это свойство обусловлено возникновением в движущейся жидкости сил внутреннего трения, которые не проявляются в покоящейся жидкости.

τ = Pt/S = µ×dv/dn,

Динамическая вязкость характеризует касательное напряжение, создаваемое силами внутреннего трения между слоями жидкости, отстоящими по нормали на расстояние 1 м при относительной скорости 1 м/с.

Динамическая вязкость показывает, какую работу на единицу объемного расхода жидкости надо совершить для преодоления сил внутреннего трения.

Коэф. динамической вязкости:

Кроме динамической вязкости, в практических расчетах часто пользуются понятием кинематической вязкости v (м2/с), которая представляет собой отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности:

v = µ/ρ

Плотностью (или удельной массой) ρ (кг/м3) любого вещества называют массу этого вещества, заключенную в единице объема. Это определение в полной мере относится и к жидкостям:

ρ = m/V ρ=M/W [кг/м3] – абсолютная, ρ = ρ(ж)/ ρ(воды) – относительная

Удельным весом γ (Н/м3) называют вес единицы объема жидкости:

γ = G/V = mg/(m/ρ) = ρg

Удельным объемом v (м3/кг) жидкости называют объем, занимаемый единицей массы жидкости:

v = V/m = 1/ρ

Сжимаемость (объемная сжимаемость, объемная упругость) – это способность жидкости изменять объем при сжатии, т. е. действием на нее давления. Объемная сжимаемость показывает, на сколько изменится первоначальный объем жидкости при изменении оказываемого на нее давления на 1 Па.

Сжимаемость характеризуется коэффициентом сжимаемости βv.

Коэффициентом сжимаемости (объемного сжатия) называется отношение относительного изменения объема жидкости ΔV/V к изменению давления Δp:

βv = - (ΔV/V)/Δp

Температурный коэффициент объемного расширения показывает, на какую часть от первоначального состояния изменяется первоначальный объем жидкости при изменении температуры на 1˚K.

Очевидно, что плотность жидкости тоже зависит от ее температуры:

ρ = m/V = m/(ΔV + V1) = m/V1(1 + βTΔT) = ρ1/(1 + βTΔT).

Поверхностное натяжение

На естественных границах в пограничном слое жидкости между молекулами самой жидкости и молекулами окружающей жидкость среды существуют силы притяжения, которые, в общем случае, могут оказаться не равными.

В то же время силы взаимодействия между остальными молекулами жидкости, находящимися внутри объёма, ограниченного пограничным слоем эти силы взаимно уравновешены. Таким образом, остаются не уравновешенными силы взаимодействия между молекулами, находящимися лишь во внешнем (пограничном слое).

Тогда в пограничном слое возникают напряжения, которые автоматически балансируют не сбалансированные силы притяжения. Такие напряжения называются поверхностным натяжением жидкости.

=[Н/м] – коэф. поверхностного натяжения.

Этому напряжению будут соответствовать силы поверхностного натяжения. Под действием этих сил малые объёмы жидкости принимают сферическую форму (форму капли), соответствующей минимуму внутренней энергии; в трубках малого диаметра жидкость поднимается (или опускается) на некоторую высоту по отношению к уровню покоящейся жидкости. Последнее явление носит название капиллярности.

Жидкость в трубке малого диаметра (капилляре) будет подниматься, если жидкость по отношению к стенке капилляра будет смачивающей жидкостью, и наоборот, будет опускаться, если жидкость для стенки капилляра окажется не смачивающей.

Силы поверхностного натяжения малы и проявляются при малых объёмах жидкости. Величина напряжений на границе раздела зависит от температуры жидкости; при увеличении температуры внутренняя энергия молекул возрастает, уменьшается напряжение в пограничном слое жидкости и, следовательно, уменьшаются силы поверхностного натяжения.

ГИДРОСТАТИКА.

Гидростатическое давление.

На жидкость, находящуюся в покое действуют массовые и поверхностные силы. Массовыми являются силы, действующие на все частицы рассматриваемого объема жидкости. Это силы тяжести и силы инерции (силы инерции проявляются в движущейся жидкости, поэтому их учитывает раздел гидродинамика).

Массовые силы пропорциональны массе жидкости, а для однородной жидкости, плотность которой одинакова во всех точках, - объему. Поэтому массовые силы называют еще объемными.

К поверхностным относятся силы, действующие на поверхности жидкости. Это, например, атмосферное давление, действующее на жидкость в открытом сосуде, или силы трения, возникающие в движущейся жидкости между отдельными слоями и стенками сосуда (в покоящейся жидкости силы трения отсутствуют).

Жидкость, находящаяся в состоянии покоя, может находиться только под действием силы тяжести и поверхностных сил, вызванных внешним давлением (например, атмосферным). Внешние силы давления являются нормальными сжимающими поверхностными силами (считается, что жидкость не сопротивляется растяжению). Все эти силы создают в неподвижной жидкости некоторую равнодействующую (результирующую) силу, которая называется гидростатической силой.

Покоящаяся жидкость под воздействием гидростатической силы находится в напряженном состоянии, характеризуемом гидростатическим давлением.

Выделим в покоящейся жидкости произвольный объем (см. рис. 1). Мысленно разделим этот объем произвольной плоскостью П. Выделим на полученном сечении точку А и некоторую площадку ΔS вокруг этой точки.

Через поверхность П давление передается со стороны отсеченной части I на часть II. Сила ΔP, действующая на рассматриваемую площадку ΔS и есть гидростатическая сила.

Отношение гидростатической силы к площади поверхности (выделенного сечения) жидкости называют средним гидростатическим давлением. Истинное гидростатическое давление в данной точке жидкости может быть определено, как предел, к которому стремится среднее гидростатическое давление при бесконечном уменьшении рассматриваемой площадки ΔS:

p = lim ΔP/ΔS при ΔS стремящемся к нулю.

Гидростатическое давление всегда направлено по внутренней нормали к площадке, на которую оно действует, и величина его в произвольной точке не зависит от ориентации этой площадки в пространстве.

ГИДРОПНЕВМОПРОВОД

Гидропривод - совокупность гидравлической аппаратуры и гидролиний для приведения в действие рабочих органов машин и механизмов с помощью потенциальной энергии жидкости, находящейся под давлением. При этом энергия передается с помощью перемещения отдельных объемов жидкости.

Гидропривод является своего рода "гидравлической вставкой" между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механические передачи (редуктор, ременная передача, кривошипный механизм и т.д.).

Структура гидропривода

Базовыми элементами гидропривода является насос и гидродвигатель. Насос является источником гидравлической энергии, а гидродвигатель - ее потребителем, то есть превращает гидравлическую энергию в механическую.

Управление движением выходных звеньев гидродвигателей осуществляется либо с помощью регулирующей гидроаппаратуры: дросселей, гидрораспределителей и др.., или путем регулирования самого гидродвигателя и / или насоса.

Также, обязательной составной частью гидропривода является гидролинии - жесткие и гибкие трубопроводы которыми жидкость перемещается в гидросистеме.

Для поддержания работы гидропривода в подавляющем большинстве гидросистем устанавливается вспомогательная аппаратура: масляные фильтры, системы охлаждения, гидроаккумуляторы, гидробак и др.

Преимущества гидроприводов

Значительное распространение гидроприводов в различных отраслях обусловлено рядом существенных преимуществ, к которым в первую очередь относятся:

· возможность получения больших сил и крутящий момент при сравнительно малых размерах и массе гидродвигателей;

· передача больших мощностей при малой массе гидропривода;

· плавность движений выходных звеньев;

· возможность бесступенчатого регулирования скорости в широком диапазоне;

· малая инерционность;

· простота управления и автоматизации;

· высокая эксплуатационная надежность и стойкость к перегрузкам;

· простота реализации основных видов движений: вращательного, возвратно-поступательного и возвратно-поворотного.

Недостатки гидроприводов

При неоспоримых высоких качествах гидравлического привода следует отметить и присущие ему недостатки:

· гидроприводы уступают электрическим на расстоянии транспортировки энергии от источника к потребителю и скорости передачи командных сигналов;

· в гидроприводах актуальным является вопросом обеспечения герметичности полостей, находящихся под давлением;

· чувствительность к вязкости рабочей жидкости, которая в свою очередь зависит от температуры;

· ниже к.п.д. по сравнению с механическими передачами в приводах.

 

Компрессоры

Компрессорами называют устройства для сжатия и подачи воздуха и других газов под давлением. Аналогичные функции способны выполнять еще два типа аэромашин – газодувки и вентиляторы, поэтому следует обозначить разницу между ними.

Как уже указывалось в статье о вентиляторах, эти устройства могут повышать давление рабочего вещества (газа, воздуха и т. п.) до величины 1,5×105 Па (0,15 МПа или 1000 мм вод. ст.).

Газодувки являются более эффективным средством сжатия газов, их возможности в этом плане занимают интервал от 0,15 до 0,3 МПа.

Аэроустройства, способные сжимать газ до давления свыше 0,3 МПа называют компрессорами.

Классификация компрессоров

Компрессоры классифицируют по принципу действия, по назначению, по роду сжимаемого газа, по развиваемому давлению, по способу охлаждения, по количеству ступеней и по типу привода.

· По принципу действия, т. е. по особенности процесса увеличения давления газов, связанного с конструкцией этих машин, все компрессоры можно разделить на две большие группы: динамические и объёмные. Аналогичная классификация применяется и для гидравлических машин – насосов.

· По назначению компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которых они предназначены (химические, холодильные, энергетические, общего назначения и т. д.).

· По роду сжимаемого газа компрессоры бывают воздушные, кислородные, азотные, гелиевые, фреоновые, углекислотные и т. д.

· По способу отвода теплоты - без охлаждения, с жидкостным или воздушным охлаждением.

· По типу привода различают компрессоры с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины, а также с ручным приводом.

· По количеству ступеней сжатия компрессоры могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.

· По создаваемому давлению различают:

ü вакуум-компрессоры и вакуум-газодувки - машины, создающие разрежение, отсасывая газ или воздух из пространства с давлением ниже атмосферного или выше. Воздуходувки и газодувки подобно вентиляторам создают поток газа, однако, обеспечивают возможность достижения более высокого избыточного давления. В режиме всасывания воздуходувки могут создавать разрежение, как правило, 10...50 кПа (в отдельных случаях до 90 кПа) и работать как вакуумный насос низкого вакуума;

ü компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа (по определению этот тип аэромашин может относиться и к газодувкам);

ü компрессоры среднего давления - от 1,2 до 10 МПа;

ü компрессоры высокого давления - от 10 до 100 МПа.

ü компрессоры сверхвысокого давления, предназначенные для сжатия газа выше 100 МПа.

Объёмные компрессоры

В компрессорах объёмного типа рабочий процесс осуществляется в результате вытеснения рабочего вещества (газа, воздуха) посредством изменения объёма рабочей камеры. Существуют десятки разнообразных конструкций машин данного типа, среди которых можно выделить наиболее распространенные: поршневые, винтовые, ротационные, роторно-шестерёнчатые, мембранные, жидкостно-кольцевые, воздуходувки Рутса (суперчарджеры), спиральные, компрессор с катящимся ротором.

Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры работают по принципу сжатия и вытеснения газа из цилиндра посредством перемещения поршня. Конструкция этих насосов аналогична конструкциям поршневых двигателей внутреннего сгорания и поршневым гидронасосов.

Динамические компрессоры

В компрессорах динамического принципа действия газ сжимается в результате подвода механической энергии от вала, и дальнейшего взаимодействия рабочего вещества с лопатками рабочего колеса (турбины, ротора).

В зависимости от направления движения потока и типа рабочего колеса такие машины подразделяют на центробежные и осевые. Иногда, по аналогии с вентиляторами, выделяют и диагональные компрессоры. Компрессоры лопастного типа (центробежные и осевые) иногда называют турбокомпрессорами, а их рабочие колеса – турбинами.

Кроме перечисленных, к динамическим компрессорам можно отнести струйные и некоторые другие типы аэромашин.

Центробежные компрессоры

Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость.

Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, то есть происходит преобразование кинетической энергии в потенциальную.

После этого газ по обратному направляющему каналу поступает через охладитель в другую ступень компрессора и т.д.

Регулирование работы центробежных компрессоров осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и др.

Осевые компрессоры

На рабочих лопатках ступени к газу подводится механическая энергия, преобразуемая частично в кинетическую и частично в потенциальную энергию сжатого газа. В каналах, образованных направляющими лопатками, вследствие диффузорного эффекта часть кинетической энергии превращается в энергию давления.

Струйные компрессоры

Струйные компрессоры по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам, но обеспечивают более высокую степень сжатия. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа, или парогазовой смеси.
В качестве рабочей среды в струйных компрессорах часто используют водяной пар.

Вентиляторы

Вентиляторами называют устройства, служащие для перемещения воздуха или других газов при давлении не более 0,15×105 Па.

Они, как и насосы, находят применение во многих отраслях народного хозяйства и, в частности, в системах теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Автомобильная, дорожная и сельскохозяйственная техника применяет в своей конструкции, например, вентиляторы системы охлаждения двигателей, вентиляторы системы отопления и кондиционирования воздуха в салоне. Аэромобили, суда на воздушной подушке и подобные машины используют вентиляторы в качестве движителя.

Следует отличать вентиляторы от воздуходувок и компрессоров, способных перемещать газы при давлении более 0,15×105 Па. Компрессоры, в отличие от вентиляторов, чаще всего являются аэромашинами объемного типа, использующими принцип вытеснения вещества по аналогии с объемными насосами. Если же в качестве компрессора применяются динамические аэромашины (центробежные, осевые турбины и т. п.), то сжатие воздуха в них осуществляется в несколько ступеней, т. е. поэтапно.

Вентиляторы разделяют на центробежные и осевые. Эти два типа вентиляторов используют непосредственное силовое воздействие рабочими органами (крыльчатками) на потоки воздуха или газов для увеличения их кинетической энергии, т. е. являются аэродинамическими машинами.

Как в конструкциях насосов, среди вентиляторов лопастного типа иногда выделяют тип диагональные вентиляторы, у которых лопасти изогнуты по схеме, не позволяющей классифицировать их как центробежные или осевые (рис. 1). В диагональных вентиляторах лопатки расположены под углом 45˚ к оси колеса либо они имеют сложную геометрическую форму, придающую диагональное направление перемещаемому потоку газа.
Перемещение рабочей среды (газа, воздуха) в таких вентиляторах осуществляется и вдоль оси рабочего колеса (как у осевых вентиляторов), и радиально (как у центробежных вентиляторов) вдоль внешней стенки кожуха.

Подобная конструкция имеет некоторые достоинства по сравнению с вентиляторами осевого типа, так как возникающие центробежные силы способствуют повышению давления в потоке.
Кроме того, лопасти диагональных вентиляторов в меньшей степени подвержены поперечной изгибающей нагрузке, поскольку значительная часть энергии передается потоку в осевом направлении, что выгодно отличает их от центробежных (радиальных) вентиляторов.

В отдельную группу можно выделить так называемые диаметральные вентиляторы, в которых схема перемещения воздушных потоков отличается от таковой у центробежных вентиляторов – и входящий, и нагнетаемый потоки перемещаются по внешнему периметру рабочего колеса (рис. 1).

Рабочее колесо диаметральных вентиляторов оснащено длинными, но очень узкими лопатками.

Отличается у таких вентиляторов и конструкция кожуха – вдоль внешнего участка рабочего колеса имеется широкое окно, из которого лопасти захватывают газ (воздух), перемещают его вдоль закрытой части кожуха и выбрасывают в выходное отверстие (раструб). Иногда конструкция диаметральных вентиляторов вообще не предусматривает кожуха – остатки его функции выполняет раструб.

Поскольку диагональные и диаметральные вентиляторы представляют собой некоторую разновидность основных типов вентиляторов - центробежных и осевых, в этой статье более подробно рассмотрены характеристики двух последних конструкций.

 

ОБЪЁМНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ

Объёмный гидропривод, гидростатический привод — это гидравлический привод, в котором используются объёмные гидромашины. Термин происходит от того, что принцип действия объёмных гидромашин основан на попеременном заполнении рабочего объёма жидкостью и вытеснения жидкости из него. Объёмный гидропривод машин позволяет с высокой точностью поддерживать или изменять скорость машины при произвольном нагружении, осуществлять слежение — точно воспроизводить заданные режимы вращательного или возвратно-поступательного движения, усиливая одновременно управляющее воздействие.

Насосы являются одной из самых распространенных разновидностей машин, применяемых практически во всех отраслях машиностроения, строительства, промышленности и сельского хозяйства.

Центробежный насос

К динамическим относятся насосы, увеличивающие кинетическую энергию потока жидкости посредством своих рабочих органов или внешнего силового поля. Это лопастные насосы, электромагнитные насосы, а также насосы, использующие силы трения и инерции (струйные, вихревые и т. п.).

Лопастные насосы классифицируются на три группы: центробежные, осевые и диагональные (полуосевые). У осевых насосов подвод и отвод жидкости к рабочему колесу осуществляется параллельно оси вала, у центробежных - перпендикулярно.

Диагональные (полуосевые) насосы отличаются особой конструкцией рабочего колеса, лопатки которого имеют сложную изогнутую форму, предложенную инженером Джеймсом Френсисом, поэтому колеса таких насосов часто называют турбинами Френсиса.
Диагональные и осевые насосы иногда называют пропеллерными насосами. Оба эти типа насосов выполняются почти исключительно с открытыми рабочими колесами (пропеллерами).

В гидравлических системах промышленного оборудования и машиностроении наибольшее применение получили центробежные насосы, благодаря простоте изготовления и эксплуатации, что выражается в технологической и эксплуатационной экономичности.

Принцип действия центробежного насоса основан на динамическом взаимодействии лопастей колеса с обтекающей их жидкостью, при этом подведенная к колесу энергия приводного двигателя передается жидкости. Благодаря особой форме корпуса (улитки) центробежного насоса и воздействию центробежных сил, объем захваченной приемным патрубком жидкости преобразуется в направленный поток, обладающий кинетической энергией движения.

Работа центробежного насоса, как и всех прочих гидравлических машин подобного типа, характеризуется:

· объемной подачей;

· напором;

· полезной мощностью;

· потребляемой мощностью;

· КПД и частотой вращения.

Объемные насосы

В гидравлических приводах технологического оборудования, машин и механизмов преимущественное применение получили следующие типы объемных насосов:

· шестеренные (зубчатые);

· пластинчатые (шиберные);

· роторно-поршневые (поршневые, аксиальные и т. п.);

· диафрагменные (мембранные).

Достоинства и недостатки объемных насосов

К основным свойствам объемных насосов, которые обусловлены принципом действия и отличают их от насосов динамических (например, центробежного насоса), относятся следующие:

· цикличность рабочего процесса и связанная с ней неравномерность подачи жидкости;

· герметичность насоса, то есть постоянное отделение напорной линии от всасывающей;

· самовсасывание, то есть способность объемного насоса создавать вакуум во всасывающем трубопроводе, заполненном воздухом, достаточный для подъема жидкости до уровня расположения насоса;

· жесткость расходной характеристики, что означает малую зависимость производительности насоса от давления жидкости на выходе;

· независимость давления, создаваемого насосом, от скорости движения вытеснителей и скорости течения жидкости.

Исходя из перечисленных свойств объемных насосов, можно составить их положительные и отрицательные качественные характеристики.

Достоинства объемных насосов:

· возможность жесткого разграничения всасывающей (питающей) магистрали от напорной, что позволяет исключить обратный ток рабочей жидкости через насос;

· возможность забора жидкости из емкостей (водоемов), уровень которых ниже уровня расположения насоса;

· возможность перекачивания жидкостей, имеющих относительно высокую вязкость;

· постоянство давления жидкости в напорной магистрали (кроме насосов, работающих в импульсном режиме – поршневые, диафрагменные и т. п.);

· возможность точного регулирования и поддержания на необходимом уровне величины подачи жидкости в гидропривод;

· возможность получения высоких технических параметров: напора и давления при относительно небольших затратах мощности на работу насоса;

· высокий коэффициент полезного действия (КПД).

Недостатки объемных насосов:

· неравномерность подачи жидкости в напорную магистраль в конструкциях насосов, имеющих цикличную (импульсную) подачу (поршневые, диафрагменные, аксиальные и т. п.);

· сложность конструкции (и, как следствие, – высокая стоимость), обусловленная необходимостью тщательной герметизации всасывающих и вытесняющих объемов (камер) насоса, подгонки и притирки сопряженных поверхностей деталей насоса, высокие требования к качеству сборки и эксплуатации;

· относительно небольшая подача жидкости в сравнении с динамическими насосами (например, центробежными), имеющими одинаковую удельную массу (это связано с ограниченными размерами рабочих камер объемных насосов).

Поршневые насосы

Как и следует из названия этого типа гидравлических машин, принцип работы поршневых насосов заключается в циклическом засасывании и вытеснении объемов жидкости посредством рабочих органов – поршней. Очевидно, что поршневые насосы относятся к классу объемных насосов.

Эти насосы имеют общий для объемных насосов недостаток – неравномерность подачи, но выгодно отличаются от насосов динамического типа высоким КПД и напором. В конструкциях поршневых насосов может быть предусмотрено два типа приводов – ручной и механический (включая электромеханический привод посредством электродвигателя).

Поршневые насосы с ручным приводом

Для перекачивания малых объемов жидкости и выполнения других вспомогательных функций применяют насосы с ручным приводом.

Поршневые насосы с механическим приводом

При необходимости использовать поршневой насос в работе продолжительное время для его функционирования применяют механический привод, в качестве которого широкое распространение получил кривошипно-шатунный механизм

Струйные насосы

Пожалуй, каждый пользовался пульверизатором, встроенным во флакончик с одеколоном или духами. Нажал на головку флакона, и через крохотное отверстие на вас устремляется освежающая струйка смеси воздуха и аромата. Но далеко не все задумывались над тем, что каждый раз, таким образом, используют на практике принцип работы одной из разновидностей гидравлических машин - струйного насоса.

Струйные насосы относятся к типу динамических насосов, так же, как лопастные, электромагнитные, вихревые и некоторые другие конструкции, использующие в своей работе энергию рабочих органов, силы трения или внешние силовые поля. Струйный насос для увеличения кинетической энергии перемещаемого потока использует энергию постороннего потока жидкости, пара или газа.

Этот тип гидравлических машин считается самым простым по конструкции - в них нет движущихся механических частей, подверженных износу и поломке, и если подводимый внешний поток уже обладает кинетической энергией, то вся конструкция может состоять из двух трубок, соединенных особым образом. Некоторое усложнение конструкции вызывает необходимость применения вентиля или (как в примере с пульверизатором) - механизма для ускорения внешнего потока, но и такие элементы не вносят в конструкцию большой сложности.

До изобретения простых в использовании источников энергии, в частности - электрической, струйные насосы были широко распространены в различных машинах и механизмах, как генераторы гидравлической энергии именно благодаря своей простоте и неприхотливости.

Достоинства и недостатки струйных насосов

Из изложенного выше можно понять, что к достоинствам этого типа насосов следует отнести простоту конструкции, и, как следствие низкую стоимость изготовления, обслуживания и эксплуатации. Кроме того, их выгодно отличает высокая надежность в работе и небольшие габаритные размеры.

Основной недостаток струйных насосов - чрезвычайно низкий КПД (не более 25%) и необходимость подачи к соплу больших объемов рабочего вещества под высоким давлением.

Шестеренные гидромоторы

Шестеренные гидромоторы конструктивно схожи с шестеренными насосами (см. статья 2), отличие состоит в наличии линии отвода рабочей жидкости из зоны подшипников. Это необходимо для обеспечения реверсивности гидромотора

ГИДРОАППАРАТЫ.

Гидроаппаратами называются устройства, предназначенные для изменения или поддержания заданных параметров потока рабочей жидкости (давления, расхода) либо изменения направления движения. По характеру выполнения своих функций все гидроаппараты делятся на регулирующие и направляющие.

Регулирующий — это гидроаппарат, в котором изменение соответствующего параметра потока рабочей жидкости происходит путем частичного изменения проходного сечения в нем.

Направляющий — это гидроаппарат, который изменяет направление потока рабочей жидкости путем полного открытия или полного перекрытия проходного сечения в нем.

Под проходным сечением гидроаппарата понимается сечение потока, площадь которого определяет расход рабочей жидкости, проходящей через гидроаппарат.

Основным элементом гидроаппаратов является запорно-регулирующий элемент — деталь (или группа деталей), при перемещении которой частично или полностью перекрывается проходное сечение гидроаппарата. По конструкции запорно-регулирующего элемента гидроаппараты делятся на:

– золотниковые, в которых запорно-регулирующим элементом является цилиндрический или плоский золотник;

– крановые, в которых запорно-регулирующим элементом является плоский, цилиндрический, конический или сферический кран;

– клапанные, в которых запорно-регулирующим элементом является шариковый, конусный, игольчатый или плоский клапан.

Гидроаппараты бывают регулируемые и настраиваемые.

Регулируемый — это гидроаппарат, характеристики которого (проходное сечение, поджатие пружины и др.) могут быть изменены по сигналу извне во время работы гидросистемы.

Настраиваемый — это гидроаппарат, характеристики которого могут быть изменены только в условиях неработающей гидросистемы. Для этого, как правило, требуется разборка гидроаппарата.

На принципиальных и полуконструктивных схемах гидроаппаратов (ГОСТ 24242 — 80) их присоединительные отверстия обозначают буквами латинского алфавита: Р — отверстие для подвода рабочей жидкости под давлением; А и В — отверстия для присоединения к другим гидравлическим устройствам; Т — отверстие для отвода рабочей жидкости в бак; Х и Y— отверстия для потоков управления; L — отверстие для дренажного отвода жидкости.

К основным параметрам гидроаппаратов относятся:

– условный проход D_y — это диаметр такого условного отверстия, площадь которого равна максимальному значению площади проходного сечения гидроаппарата;

– номинальное давление р_ном — это наибольшее давление рабочей жидкости в подводимом потоке, при котором гидроаппарат должен работать в течение установленного ресурса (срока службы) с сохранением своих параметров в пределах установленных норм;

– номинальный расход Q_ном — это расход жидкости с определенной вязкостью, проходящей через гидроаппарат, при котором он выполняет свое назначение с сохранением параметров в пределах установленных норм;

– характеристика гидроаппарата — это зависимость (обычно графическая), определяющая работу гидроаппарата.

Выбор конкретного гидроаппарата для гидросистемы делают по размеру условного прохода D_y, проверяя при этом соответствие расчетных значений максимального рабочего расхода жидкости через гидроаппарат и максимального рабочего давления паспортным данным гидроаппарата. Все гидроаппараты, использующиеся в объемных гидроприводах, можно разделить на три основных класса: гидравлические дроссели (гидродроссели), гидравлические клапаны (гидроклапаны) и гидравлические распределители (гидрораспределители).

Делители и сумматоры.

Делителем потока называют клапан соотношения расходов, предназначенный для разделения одного потока рабочей жидкости на два или несколько параллельных потоков в напорной гидролинии при поддержания заданного соотношения расходов рабочей жидкости в них.

Сумматором потока называют клапан соотношения расходов, предназначенный для соединения двух или нескольких потоков рабочей жидкости в сливных гидролинияхгидродвигателей в один при поддержании в них заданного соотношения расходов рабочей жидкости.

Необходимость в делителях и сумматорах потока возникает в гидроприводах с одним насосом и двумя или несколькими гидродвигателями, когда необходимо обеспечить синхронизацию движения выходных звеньев этих гидродвигателей независимо от изменения нагрузки на них.

Рис.6.9. Делитель потока: а - принципиальная схема; б - условное обозначение; в - условное обозначение сумматора потока

Делитель потока (рис.6.9) состоит из двух нерегулируемых дросселей 1 и двух дросселей 2, проходные сечения которых могут автоматически изменяться благодаря перемещению плунжера 3. При равенстве нагрузок (F₁ = F₂) и площадей поршней гидроцилиндров давление P₁ = P₂, перепад давлений Δ P = (P₃- P₄) = 0, плунжер 3 делителя занимает среднее положение, а расходы в обеих линиях одинаковые. Если нагрузка на один из любых гидродвигателей изменится, то под действием возникшего перепада давлений у плунжера делителя он начнет смещаться из среднего положения, изменяя одновременно проходные сечения дросселей 2. Перемещение прекратится, когда давления P₃ и P₄ выровняются. В этом положении плунжера расходы в обеих ветвях будут одинаковыми. Таким образом, поддержание равенства расходов в обеих ветвях осуществляется за счет дросселирования потока в той ветви, где гидродвигатель нагружен меньше.

Делитель потока может также быть и сумматором потока (рис.6.9, в). В этом случае в подводимых к нему двух трубопроводах поддерживается постоянный расход рабочей жидкости.

Регуляторы потока.

Регулятором потока называют регулирующий гидроаппарат, предназначенный для задания расхода рабочей жидкости в гидролинии (т.е. скорости выходного звена гидродвигателя) и поддержания его постоянным вне зависимости от перепада давлений на регуляторе потока (т.е. скорость выходного звена гидродвигателя не зависит от нагрузки на него).

В состав регулятора потока помимо регулируемого дросселя входят клапаны, обеспечи-

вающие постоянство перепада давления ∆рна регулируемом дросселе.
За счет этого преодолевается основной недостаток дросселей – зависимость	расхода
жидкости Qот перепада давления на дросселе∆р(Q = f(∆р) илиVвых.зв.=f(Fвых.зв.).	как по-
Клапаны, входящие в состав регуляторов потока, могут включаться с дросселем
следовательно, так и параллельно.

Регулятор потока(расхода) предназначен для поддержания заданного расхода Q вне зависимости от перепада давления р между входным и выходным патрубками аппарата.(Для сглаживания пульсации)Он состоит из дрос­селя и клапана разности давлений, поддерживающего постоян­ный