Файл: Рис. Расчетная схема нижней заправки самолета топливом.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.04.2024
Просмотров: 38
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
.
2. Назначение, состав и принцип действия гидравлических систем
Гидравлические системы широко применяются в технике для транспортировки жидкости от места ее хранения к потребителю. Это может быть транспортировка нефти (нефтепроводы), системы топливопитания, смазки, водоснабжения или отопления завода или жилого дома, организация истечения жидкости из насадков (камеры сгорания, системы смазки, пожарные системы, фонтаны) и т.д.
Гидравлическая система представляет собой набор гидравлических элементов, которые соединены в определенном порядке, обусловленном назначением и пространственным расположением системы. Гидравлическими элементами являются трубопроводы, баки, насосы, всевозможные виды местных сопротивлений. Обычно система имеет гидравлические элементы, предназначенные для хранения жидкости (баки), передачи жидкости на расстояние (трубопроводы), очистки жидкости (фильтры), управления потоком жидкости (краны, вентили, клапаны, заслонки, термостаты), измерений (расходомеры различных типов), изменения направления или разделения потока жидкости (колена, отводы, тройники, коллекторы), изменения скорости потока жидкости (сужения, расширения), поддержания постоянного уровня жидкости (поплавковые камеры), дозирования и организации истечения жидкости (жиклеры, форсунки, распылители).
Гидравлические системы бывают разомкнутыми или замкнутыми (циркуляционными). Система может иметь насос или не иметь его (разомкнутая самотечная система, замкнутая термосифонная система). Магистраль, по которой жидкость поступает к насосу, называется всасывающей, а магистраль, по которой жидкость движется от насоса, - нагнетающей или напорной.
3. Методические указания к расчету гидравлических систем
3.1. Методика расчета гидравлической системы
Расчет гидросистемы включает в себя следующие этапы.
1. В общем случае система разбивается на участки.
2. Выбирается расчетный участок.
3. Части системы, окружающие расчетный участок, отбрасываются и заменяются условиями, определяющими движение жидкости на границах участка.
4. Записываются основные и вспомогательные уравнения, необходимые для описания движения жидкости в выделенном участке.
5. Формулируются граничные условия.
6. Записанные уравнения решаются совместно с граничными условиями и тем самым определяются значения искомых величин.
При использовании уравнения Бернулли рекомендуется сначала записать его в общем виде, а затем переписать с заменой его членов численными значениями (граничными условиями) и исключением слагаемых, равных нулю.
Необходимо помнить:
- плоскость сравнения 0 - 0 удобно располагать так, чтобы ордината z сечений системы отсчитывалась от нее вверх;
- потери полного давления всегда записываются в правой части уравнения, так как уравнение Бернулли записывается по потоку (сечение 2-2 всегда находится после сечения 1-1 в направлении течения);
- величина потерь полного давления на расчетном участке в общем случае складывается из путевых потерь и потерь в местных сопротивлениях;
- при расчете потерь в местных сопротивлениях по формуле (1.4) следует учитывать, при какой скорости определены коэффициенты сопротивления.
Проводя разбиение системы на ряд расчетных участков, необходимо руководствоваться определенными требованиями при выборе граничных сечений участков. Эти требования определяются структурой гидравлической системы и условиями ее работы. При правильном выборе расчетных участков число уравнений будет равно числу неизвестных.
Принцип наложения потерь применяется не только в отношении отдельного элемента системы или канала, но и при гидравлическом расчете всей гидравлической сети в целом. Он означает, что определенные для отдельных элементов сети потери арифметически складываются и эта сумма определяет общее сопротивление гидросистемы или ее участка.
При расчете гидравлической системы в инженерной практике принято представлять ее в виде трубопровода составленного из путевых и местных потерь. Целесообразность такого представления диктуется главной задачей расчета – определения потерь энергии (давления) на расчетном участке. Решение такой задачи необходимо для подбора насоса, обеспечивающего необходимые характеристики гидросистемы.
В зависимости от конфигурации различают простые и сложные трубопроводы.
Простым называюттрубопровод, не имеющий разветвлений от места забора до места потребления.
Разветвленные трубопроводы – сложные. Они бывают такие:
б) трубопроводы с параллельным соединением;
в) кольцевые.
Предлагаемой частной задачей расчета является определение перепада давлений
по заданному массовому (G)или объемному (Q)расходу и размерам простого трубопровода.
3.2. Простой трубопровод
Итак, простым трубопроводом называется трубопровод постоянного сечения, без разветвлений, содержащий в общем случае несколько местных сопротивлений (рис.3.1).
Рис.3.1
Уравнение Бернулли для участка 1 - j может быть записано в таком виде
(3.1)
или
, (3.1а)
где
– суммарный коэффициент сопротивления трубопровода, а l– суммарная длина простого трубопровода. При использовании в расчете массового расхода G формула (3.1а) примет такой вид
. (3.1б)
Если величину р1 - необходимо определить, то ее называют потребным давлением и обозначают pпотр. Если эта величина задана, то ее называют располагаемым давлением и обозначают pрасп. Из формулы для потребного (располагаемого) давления видно: потребное давление должно затратиться на преодоление гидравлических сопротивлений
при подъеме жидкости с высоты z1 до высоты zj с объемным расходом Q и на обеспечение необходимого давления pjна этой высоте. Не следует упускать из виду, что формулы (3.1) записаны для случая равенства скоростей на входе и выходе рассматриваемого участка трубопровода постоянного сечения.
3.3. Трубопровод с насосной подачей
В гидравлическую сеть очень часто включаются насосы. В практике используются как системы с незамкнутым трубопроводом, так и системы с замкнутым трубопроводом. Первая часто используются в системах топливоподачи, смазки, охлаждения и т.д., вторая – в замкнутых тепловых сетях, системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания.
Рассмотрим сначала незамкнутый трубопровод с насосной подачей жидкости. На рисунке 3.2 приведена схема гидравлической сети; часть трубопровода до насоса называется всасывающей, а после насоса - нагнетающей или напорной. Рассмотрим всасывающую часть трубопровода (сечения 0-0 и 1-1). Для нее уравнение Бернулли в напорной форме имеет вид:
, (3.2)
Отсюда
. (3.2а)
нулю. Исходя из этого, получим уравнение (3.2б), показывающее, что
(3.2б)
давление р0>p1 и оно затрачивается (с помощью насоса) на подъем жидкости на высоту zвс, сообщение ему кинетической энергии α1ρu12/2, преодоление всех сопротивлений и сохраняется в виде давления p1>рнп где pнп - давление насыщенных паров жидкости. При p1<pнп перед насосом возникает кавитация. Условием нормальной работы этой системы является отсутствие кавитации в насосе. Кавитация возникает тогда, когда давление в жидкости равно или ниже давления насыщенных паров этой жидкости. Жидкость закипает, поток становится двухфазным, состоящим из смеси жидкости и пара. Это приводит к непроизводительной работе насоса и возможному выходу его из строя. Кавитация в гидравлической системе явление вредное. Для ее исключения давление на входе в насос должно быть выше давления насыщенных паров на некоторую величину
рнп, называемую антикавитационным запасом. Следовательно, в системе имеется сечение, в котором известно давление. Может быть, известно давление p0 на свободную поверхность жидкости - поверхность раздела жидкости и газа. Если размеры свободной поверхности намного больше площади проходного сечения трубопровода, по которому протекает жидкость, то с большой степенью точности можно полагать скорость жидкости на свободной поверхности равной нулю.
Таким образом, граничные сечения, выделяющие расчетный участок системы, рекомендуется располагать:
- в тех сечениях системы, где давление известно или его необходимо определить;
- в тех сечениях системы, где скорость жидкости известна или ее необходимо определить.
Возникновение кавитации сильно зависит от давления р0, которое зависит от положения резервуара, р0 = р0(Н), где Н - высота на которой находится резервуар. В авиационных двигателях с ростом высоты полета Н для предотвращения кавитации можно увеличить давление p1, уменьшая величину zвс и сопротивление участка всасывания Δpr1. Повысить давление р0 можно путем наддува бака с топливом. Наддув ограничен прочностью бака, поэтому часто под баком устанавливают подкачивающий насос, подающий топливо к основному насосу под необходимым давлением p1 = pнп + Δрнп, где Δрнп - запас по кавитации (антикавитационный запас).
Для расчета всасывающего трубопровода используют уравнение (3.2). Из него можно найти, например, потребное давление в резервуаре р0 при заданных параметрах z1 , p1, G и Δpвс.
Полный напор, которым обладает жидкость на входе в насос, определим из (3.2):
Рассмотрим теперь нагнетающую часть трубопровода. Запишем уравнение Бернулли для участка системы, ограниченного сечениями 2-2 и 3-3 (рис. 3.2) с целью определения полного напора на выходе насоса:
(3.3)
Здесь Δhн – потери напора на участке нагнетания
Скорость жидкости на свободной поверхности, на которой расположено сечение 3-3 u3=0 (размер бака много больше поперечногосечения трубопровода подачи.
Полезный напор насоса равен разности полныхнапоров на выходе и входе в насос:
(3.3а)
Здесь
Δh∑=Δhвс+Δhн.
Напор насоса затрачивается на подъем жидкости на высоту (zвс+zн), повышение давления (р3–р0) и на преодоление гидравлических потерь как в магистрали всасывания, так в магистрали нагнетания.
Обозначим:
и назовем эту величину статическим напором гидросистемы;
2. Назначение, состав и принцип действия гидравлических систем
Гидравлические системы широко применяются в технике для транспортировки жидкости от места ее хранения к потребителю. Это может быть транспортировка нефти (нефтепроводы), системы топливопитания, смазки, водоснабжения или отопления завода или жилого дома, организация истечения жидкости из насадков (камеры сгорания, системы смазки, пожарные системы, фонтаны) и т.д.
Гидравлическая система представляет собой набор гидравлических элементов, которые соединены в определенном порядке, обусловленном назначением и пространственным расположением системы. Гидравлическими элементами являются трубопроводы, баки, насосы, всевозможные виды местных сопротивлений. Обычно система имеет гидравлические элементы, предназначенные для хранения жидкости (баки), передачи жидкости на расстояние (трубопроводы), очистки жидкости (фильтры), управления потоком жидкости (краны, вентили, клапаны, заслонки, термостаты), измерений (расходомеры различных типов), изменения направления или разделения потока жидкости (колена, отводы, тройники, коллекторы), изменения скорости потока жидкости (сужения, расширения), поддержания постоянного уровня жидкости (поплавковые камеры), дозирования и организации истечения жидкости (жиклеры, форсунки, распылители).
Гидравлические системы бывают разомкнутыми или замкнутыми (циркуляционными). Система может иметь насос или не иметь его (разомкнутая самотечная система, замкнутая термосифонная система). Магистраль, по которой жидкость поступает к насосу, называется всасывающей, а магистраль, по которой жидкость движется от насоса, - нагнетающей или напорной.
3. Методические указания к расчету гидравлических систем
3.1. Методика расчета гидравлической системы
Расчет гидросистемы включает в себя следующие этапы.
1. В общем случае система разбивается на участки.
2. Выбирается расчетный участок.
3. Части системы, окружающие расчетный участок, отбрасываются и заменяются условиями, определяющими движение жидкости на границах участка.
4. Записываются основные и вспомогательные уравнения, необходимые для описания движения жидкости в выделенном участке.
5. Формулируются граничные условия.
6. Записанные уравнения решаются совместно с граничными условиями и тем самым определяются значения искомых величин.
При использовании уравнения Бернулли рекомендуется сначала записать его в общем виде, а затем переписать с заменой его членов численными значениями (граничными условиями) и исключением слагаемых, равных нулю.
Необходимо помнить:
- плоскость сравнения 0 - 0 удобно располагать так, чтобы ордината z сечений системы отсчитывалась от нее вверх;
- потери полного давления всегда записываются в правой части уравнения, так как уравнение Бернулли записывается по потоку (сечение 2-2 всегда находится после сечения 1-1 в направлении течения);
- величина потерь полного давления на расчетном участке в общем случае складывается из путевых потерь и потерь в местных сопротивлениях;
- при расчете потерь в местных сопротивлениях по формуле (1.4) следует учитывать, при какой скорости определены коэффициенты сопротивления.
Проводя разбиение системы на ряд расчетных участков, необходимо руководствоваться определенными требованиями при выборе граничных сечений участков. Эти требования определяются структурой гидравлической системы и условиями ее работы. При правильном выборе расчетных участков число уравнений будет равно числу неизвестных.
Принцип наложения потерь применяется не только в отношении отдельного элемента системы или канала, но и при гидравлическом расчете всей гидравлической сети в целом. Он означает, что определенные для отдельных элементов сети потери арифметически складываются и эта сумма определяет общее сопротивление гидросистемы или ее участка.
При расчете гидравлической системы в инженерной практике принято представлять ее в виде трубопровода составленного из путевых и местных потерь. Целесообразность такого представления диктуется главной задачей расчета – определения потерь энергии (давления) на расчетном участке. Решение такой задачи необходимо для подбора насоса, обеспечивающего необходимые характеристики гидросистемы.
В зависимости от конфигурации различают простые и сложные трубопроводы.
Простым называюттрубопровод, не имеющий разветвлений от места забора до места потребления.
Разветвленные трубопроводы – сложные. Они бывают такие:
-
разветвленные;
б) трубопроводы с параллельным соединением;
в) кольцевые.
Предлагаемой частной задачей расчета является определение перепада давлений
по заданному массовому (G)или объемному (Q)расходу и размерам простого трубопровода.3.2. Простой трубопровод
Итак, простым трубопроводом называется трубопровод постоянного сечения, без разветвлений, содержащий в общем случае несколько местных сопротивлений (рис.3.1).
Рис.3.1
Уравнение Бернулли для участка 1 - j может быть записано в таком виде
(3.1)или
, (3.1а)где
– суммарный коэффициент сопротивления трубопровода, а l– суммарная длина простого трубопровода. При использовании в расчете массового расхода G формула (3.1а) примет такой вид . (3.1б)Если величину р1 - необходимо определить, то ее называют потребным давлением и обозначают pпотр. Если эта величина задана, то ее называют располагаемым давлением и обозначают pрасп. Из формулы для потребного (располагаемого) давления видно: потребное давление должно затратиться на преодоление гидравлических сопротивлений
при подъеме жидкости с высоты z1 до высоты zj с объемным расходом Q и на обеспечение необходимого давления pjна этой высоте. Не следует упускать из виду, что формулы (3.1) записаны для случая равенства скоростей на входе и выходе рассматриваемого участка трубопровода постоянного сечения.3.3. Трубопровод с насосной подачей
В гидравлическую сеть очень часто включаются насосы. В практике используются как системы с незамкнутым трубопроводом, так и системы с замкнутым трубопроводом. Первая часто используются в системах топливоподачи, смазки, охлаждения и т.д., вторая – в замкнутых тепловых сетях, системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания.
Рассмотрим сначала незамкнутый трубопровод с насосной подачей жидкости. На рисунке 3.2 приведена схема гидравлической сети; часть трубопровода до насоса называется всасывающей, а после насоса - нагнетающей или напорной. Рассмотрим всасывающую часть трубопровода (сечения 0-0 и 1-1). Для нее уравнение Бернулли в напорной форме имеет вид:
, (3.2)Отсюда
. (3.2а)  Рис.3.2. Разомкнутая система с насосной подачей жидкости | где z0 =–zвс, так как за плоскость сравнения принята плоскость А –А; Δh1–потери напора на участке всасывания, H1 –полный напор на входе в насос (сечение 1-1). Поскольку жидкость в участок всасывания подается из резервуара большого поперечного сечения, то скорость жидкости на свободной поверхности 0-0 можно принять равной нулю; кроме того, координата z1 сечения входа в насос 1-1 также равна |
нулю. Исходя из этого, получим уравнение (3.2б), показывающее, что
(3.2б)давление р0>p1 и оно затрачивается (с помощью насоса) на подъем жидкости на высоту zвс, сообщение ему кинетической энергии α1ρu12/2, преодоление всех сопротивлений и сохраняется в виде давления p1>рнп где pнп - давление насыщенных паров жидкости. При p1<pнп перед насосом возникает кавитация. Условием нормальной работы этой системы является отсутствие кавитации в насосе. Кавитация возникает тогда, когда давление в жидкости равно или ниже давления насыщенных паров этой жидкости. Жидкость закипает, поток становится двухфазным, состоящим из смеси жидкости и пара. Это приводит к непроизводительной работе насоса и возможному выходу его из строя. Кавитация в гидравлической системе явление вредное. Для ее исключения давление на входе в насос должно быть выше давления насыщенных паров на некоторую величину
рнп, называемую антикавитационным запасом. Следовательно, в системе имеется сечение, в котором известно давление. Может быть, известно давление p0 на свободную поверхность жидкости - поверхность раздела жидкости и газа. Если размеры свободной поверхности намного больше площади проходного сечения трубопровода, по которому протекает жидкость, то с большой степенью точности можно полагать скорость жидкости на свободной поверхности равной нулю.
Таким образом, граничные сечения, выделяющие расчетный участок системы, рекомендуется располагать:
- в тех сечениях системы, где давление известно или его необходимо определить;
- в тех сечениях системы, где скорость жидкости известна или ее необходимо определить.
Возникновение кавитации сильно зависит от давления р0, которое зависит от положения резервуара, р0 = р0(Н), где Н - высота на которой находится резервуар. В авиационных двигателях с ростом высоты полета Н для предотвращения кавитации можно увеличить давление p1, уменьшая величину zвс и сопротивление участка всасывания Δpr1. Повысить давление р0 можно путем наддува бака с топливом. Наддув ограничен прочностью бака, поэтому часто под баком устанавливают подкачивающий насос, подающий топливо к основному насосу под необходимым давлением p1 = pнп + Δрнп, где Δрнп - запас по кавитации (антикавитационный запас).
Для расчета всасывающего трубопровода используют уравнение (3.2). Из него можно найти, например, потребное давление в резервуаре р0 при заданных параметрах z1 , p1, G и Δpвс.
Полный напор, которым обладает жидкость на входе в насос, определим из (3.2):
Рассмотрим теперь нагнетающую часть трубопровода. Запишем уравнение Бернулли для участка системы, ограниченного сечениями 2-2 и 3-3 (рис. 3.2) с целью определения полного напора на выходе насоса:
(3.3)Здесь Δhн – потери напора на участке нагнетания
Скорость жидкости на свободной поверхности, на которой расположено сечение 3-3 u3=0 (размер бака много больше поперечногосечения трубопровода подачи.
Полезный напор насоса равен разности полныхнапоров на выходе и входе в насос:
(3.3а)Здесь
Δh∑=Δhвс+Δhн.
Напор насоса затрачивается на подъем жидкости на высоту (zвс+zн), повышение давления (р3–р0) и на преодоление гидравлических потерь как в магистрали всасывания, так в магистрали нагнетания.
Обозначим:
и назовем эту величину статическим напором гидросистемы;