определить площадь отверстия дросселя (8 видео)

Содержание

Основы гидравлических расчетов на автомобильном транспорте Часть I (стр. 8 )
Указания к решению задач
Расчет дросселей и дросселей-регуляторов расхода
🎥 Видео

Видео:"Добавь мощности - отключи подогрев" ИЛИ АНТИ-ТЮНИНГСкачать

Основы гидравлических расчетов на автомобильном транспорте Часть I (стр. 8 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Таким образом, получаем окончательную формулу для расчета расхода воды через отверстие (1)

Если к отверстию в дне резервуара присоединить цилиндрический насадок длиной l того же диаметра, то формула (1) примет следующий вид

тогда зависимость для расчета избыточного давления

Коэффициент расхода для внешнего цилиндрического насадка принимаем равным м = 0,62.

Пример 4.2. Рабочая жидкость c плотностью с подводится в поршневую полость гидроцилиндра под давлением рн. На линии слива из гидроцилиндра установлен дроссель с проходным сечением Sо и коэффициентом расхода м. Давление на сливе рс, усилие на штоке F. Диаметры поршня D, штока d. Определить скорость перемещения поршня гидроцилиндра.

Т. к. идеальная капельная жидкость рассматривается как сплошная несжимаемая среда, то процесс перемещения поршня в результате поступления жидкости в напорную полость гидроцилиндра и выходе ее из сливной полости может быть описан уравнением неразрывности: объем, описываемый поршнем в единицу времени, равен объемному расходу жидкости, протекающей через дроссель

Объем, описываемый поршнем в единицу времени, равен произведению скорости перемещения поршня на его площадь в штоковой области

(2)

Объемный расход жидкости через дроссель можно определить, используя уравнение расхода

(3)

где — перепад давлений в нижней области гидроцилиндра и на сливе.

Подставив полученные соотношения (2) и (3) в уравнение (1) получаем

Откуда выражаем скорость перемещения поршня

(4)

Т. к. поршень совершает равномерное движение, то давление в нижней полости гидроцилиндра определим, используя уравнение равновесия сил, приложенных к поршню, выбрав за положительное направление оси направление движения поршня

где — движущая сила, создаваемая давлением рн в верхней полости гидроцилиндра;

– сила сопротивления со стороны жидкости в нижней полости гидроцилиндра;

– сила, создаваемая атмосферным давлением, действующим на шток.

Подставим приведенные выражения

Откуда получаем выражение для расчета давления в нижней (штоковой) полости гидроцилиндра

(5)

На данном этапе удобно провести вычисления, подставив конкретные данные, а затем полученное значение p подставить в формулу (4) и провести расчет скорости перемещения поршня.

Задачи для практических занятий

Задача 4.1. Определить расход жидкости (с = 800 кг/м3), вытекающей из бака через отверстие площадью S0 = 1 см2. Показание ртутного прибора, измеряющего давление воздуха, h = 268 мм, высота H0 = 2 м, коэффициент расхода отверстия µ = 0,60.

Задача 4.2. Жидкость плотностью с = 850 кг/м3 вытекает через установленный на боковой поверхности закрытого резервуара цилиндрический насадок диаметром d = 6 см. Избыточное давление на свободной поверхности жидкости pизб = 6,1 кПа, расход жидкости Q =5 л/с, глубина погружения насадка h = 90 см. Определить коэффициент расхода насадка.

Задача 3.3. Определить направление истечения жидкости (с = свод) через отверстие d0 = 5 мм и расход, если разность уровней H = 2 м, показание вакуумметра рвак соответствует 147 мм. рт. ст., показание манометра рм = 0,25 МПа, коэффициент расхода м = 0,62.

Задача 4.4. На рисунке показана упрощенная схема самолетного гидропневмоамортизатора. Процесс амортизации при посадке самолета происходит за счет проталкивания рабочей жидкости через отверстие d = 8 мм и за счет сжатия воздуха. Диаметр поршня D = 100 мм. Определить скорость движения цилиндра относительно поршня в начальный момент амортизации, если первоначальное давление воздуха в верхней части амортизатора р1 = 0,2 МПа, расчетное усилие вдоль штока G = 50 кН, коэффициент расхода отверстия м = 0,75, плотность рабочей жидкости с = 900 кг/м3.

Задача 4.5. В трубопроводе диаметром D = 30 мм для ограничения расхода установлена дроссельная шайба, имеющая центральное отверстие с острой входной кромкой, диаметр отверстия d = 10 мм. Определить потерю давления Дp, вызываемую шайбой в трубопроводе при расходе жидкости (керосин – с = 800 кг/м3) Q = 2 л/с. Отверстие шайбы имеет коэффициент сопротивления о = 0,06 и коэффициент сжатия струи е = 0,63.

Задача 4.6. Определить время полного хода поршня гидроцилиндра при движении против нагрузки, если давление на входе в дроссель рн =16 МПа, давление на сливе рс = 0,3 МПа. Нагрузка вдоль штока F = 35 кН, коэффициент расхода дросселя м=0,62, диаметр отверстия в дросселе dдр=1 мм, плотность масла с = 900 кг/м3, диаметры: цилиндра D = 60 мм, штока d = 30 мм; ход штока L = 200 мм.

Задача 4.7. Определить значение силы F, преодолеваемой штоком гидроцилиндра при движении его против нагрузки со скоростью V = 20 мм/с. Давление на входе в дроссель рн = 20 МПа; давление на сливе рс = 0,3 МПа; коэффициент расхода дросселя µ = 0,62; диаметр отверстия дросселя d = 1,2 мм; D = 70 мм; Dш = 30 мм; с = 900 кг/м3.

Задача 4.8. Жидкость с плотностью с = 850 кг/м3 подается от насоса в гидроцилиндр, а затем через отверстие в поршне площадью Sо = 5 мм2 и гидродроссель в бак (рб = 0). Определить, при какой площади проходного сечения дросселя поршень будет находится в неподвижном равновесии под действием силы F= 3000 Н, если диаметр поршня D = 100 мм, диаметр штока Dш = 80 мм, коэффициент расхода отверстия в поршне м0 = 0,8, коэффициент расхода дросселя мдр=0,65, давление насоса рн=1 МПа. Определить площадь проходного сечения дросселя, при которой поршень будет перемещаться со скоростью Vп = 1 см/с вправо.

Задача 4.9. Считая жидкость несжимаемой, определить скорость движения поршня под действием силы F = 10 кН на штоке, диаметр поршня D = 80 мм, диаметр штока d = 30 мм, проходное сечение дросселя Sдр = 2 мм2, его коэффициент расхода м = 0,75, избыточное давление слива рс = 0, плотность рабочей жидкости с = 900 кг/м3.

Задача 4.10. Через отверстие диаметром d в поршне гидравлического демпфера масло плотностью с = 920 кг/м3 переливается из нижней полости в верхнюю полость гидроцилиндра под действием внешней нагрузки R = 15 кН. Расход масла Q = 2,5 л/с. Диаметр гидроцилиндра D = 130 мм, высота поршня l = 20 мм, жесткость пружины c = 600 Н/мм, её поджатие х = 7 мм. Определить диаметр отверстия d.

Задача 4.11. Определить расход бензина через жиклер карбюратора диаметром d = 1,2 мм, если коэффициент расхода жиклера м = 0,8. Сопротивлением бензотрубки пренебречь. Давление в поплавковой камере атмосферное. Разрежение в горловине диффузора рвак = 18 кПа, рб = 750 кг/м3.

Задача 4.12. Даны разрежение в горловине диффузора карбюратора рвак = 10 кПа и диаметры жиклеров: экономического dж1 = 1 мм и главного dж2 = 0,8 мм. Определить расход бензина через главную дозирующую систему, считая коэффициенты расхода жиклеров одинаковыми: м = 0,8; сб = 700 кг/м3; Дh = 0.

Видео:ПОСЛЕ ЭТОГО Дроссельная заслонка АВТО будет работать как новаяСкачать

Указания к решению задач

Задачи данного раздела можно решать без записи уравнения Бернулли. Так, если дана задача на истечение через отверстие, насадок или дроссель (жиклер) и задан коэффициент расхода, то следует применить основное выражение (3.5). При этом следует помнить, что расчетный напор в общем случае складывается из разностей геометрических и пьезометрических высот (3.2).

Следует знать, что коэффициент расхода μ однозначно определяется коэффициентами сжатия струи ε и скорости φ (или сопротивления ζ).

Указанное выше основное выражение для расхода справедливо и при истечении через отверстия, насадки и дроссели в среду, заполненную той же самой жидкостью (истечение под уровень). При этом кинетическая энергия, теряемая на вихреобразования, учитывается коэффициентом расхода.

Если истечение жидкости происходит при переменном напоре (опорожнение резервуаров), то в каждый данный момент движение жидкости можно рассматривать как установившееся.

Примеры решения задач

Пример 3.1. Определить направление истечения воды через отверстие диаметром d = 5 мм и расход, если разность уровней Н = 2 м, показание вакуумметра Р_вак соответствует 147 мм рт. ст., показание манометра Р_м = 0,25 МПа, коэффициент расхода μ = 0,62. Удельные веса ртути и воды принять γ_рт = 13,6 · 10 4 Н/м 3 ; γ = 10 4 Н/м 3 .

Решение:

Для определения расхода воспользуемся формулой (3.5):

Расчетный напор определяется разностью полных напоров до отверстия и после него. Поскольку направление истечения нам неизвестно, допустим, что оно происходит слева направо (см. рис.). Обозначив абсолютные давления над жидкостью слева Р₁, справа Р₂, глубины погружения Н₁ и Н₂, для Н_расч получим (сравни с формулой 3.2)

Поскольку в задаче вакуум задан высотой ртутного столба, выразим необходимое нам вакуумметрическое давление Р_вак как

и тогда окончательно для расчетного напора получим:

Так как Н_расч отрицательный, истечение будет происходить в направлении, противоположном принятому, т.е. справа налево.

Расход при этом определится как

ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 3

Задача 32. Определить расход жидкости (ρ= 800 кг/м 3 ), вытекающей из бака через отверстие площадью S_отв = 1 см 2 . Показание ртутного прибора, измеряющего давление воздуха, h = 268 мм, высота Н = 2 м, коэффициент расхода отверстия μ = 0,60.

Задача 33. При исследовании истечения через круглое отверстие диаметром d_отв = 10 мм получено: диаметр сжатого сечения струи d_с = 8 мм; напор Н = 2 м; время наполнения объема W = 10 л; t = 16,8 с. Определить коэффициент сжатия ε, скорости φ, расхода μ и сопротивления ζ. Распределение скоростей по сечению струи принять равномерным.

Задача 34. При истечении жидкости через отверстие диаметром d_отв = 10 мм измерены: расстояние х = 5 м (см. рис.), высота у = 4 м, напор Н = 1,7 м и расход жидкости Q = 0,275 л/с. Подсчитать коэффициенты сжатия ε, скорости φ, расхода μ и сопротивления ζ. Распределение скоростей по сечению струи принять равномерным. Сопротивлением воздуха пренебречь.

Задача 35. «Сосуд Мариотта» представляет собой плотно закрытый сосуд, в крышке которого укреплена трубка, сообщающая сосуд с атмосферой. Трубка может быть укреплена на различной высоте. В стенке сосуда имеется отверстие диаметром d = 10 мм, через которое происходит истечение в атмосферу. Какое давление установится в сосуде на уровне нижнего обреза трубки при истечении? Определить скорость истечения и время опорожнения «сосуда Мариотта» от верха до нижнего обреза трубки. Объемом жидкости в трубке и сопротивлением при истечении пренебречь (ε = 1).

Форма сосуда цилиндрическая, D = 100 мм; Н = 2 м, h₁ = 0,2 м, h₂ = 1 м.

Задача 36. Вода под избыточным давлением р₁ = 0,3 МПа подается по трубе с площадью поперечного сечения S₁ = 5 см 2 к баллону Б, заполненному водой. На трубе перед баллоном установлен кран К с коэффициентом местного сопротивления ζ = 5. Из баллона Б вода вытекает в атмосферу через отверстие S_отв = 1 см 2 ; коэффициент расхода отверстия равен μ = 0,63. Определить расход воды Q.

У к а з а н и е. Записать уравнение Бернулли для сечения 1–1 и 2–2 и основную формулу для расхода при истечении.

Задача 37. На рисунке изображена схема регулируемого игольчатого дросселя. Определить, на какое расстояние l необходимо вдвинуть иглу в дросселирующее отверстие для обеспечения перепада давления Δр = р₁ – р₂ = 3 МПа, если угол иглы α = 30 о , диаметр дросселирующего отверстия D = 6 мм, его коэффициент расхода μ = 0,8, расход жидкости Q = 1,2 л/с, плотность рабочей жидкости ρ = 900 кг/м 3 .

У к а з а н и е: площадь дросселирующего кольца определить по приближенной формуле S = S_о – S_и, где S_о – площадь отверстия, S_и – площадь иглы в сечении 1–1.

Задача 38. Жидкость с плотностью ρ = 850 кг/м 3 подается от насоса в гидроцилиндр, а затем через отверстие в поршне площадью S_о = 5 мм 2 и гидродроссель Д в открытый бак.

1) Определить, при какой площади проходного сечения дросселя Д поршень будет находиться в неподвижном равновесии под действием силы F = 3000 Н, если диаметр поршня D = 100 мм, диаметр штока d_ш = 80 мм, коэффициент расхода отверстия в поршне μ_о = 0,8, коэффициент расхода дросселя μ_др = 0,65, избыточное давление, создаваемое насосом р_н = 1 МПа.

2) Определить площадь проходного сечения дросселя Д, при которой поршень будет равномерно перемещаться со скоростью υ_п = 1 см/с вправо.

Задача 39. Обратный клапан диаметром d = 20 мм служит для пропуска жидкости (ρ = 900 кг/м 3 ) только в одном направлении. Определить перепад давления Δр = р₁ – р₂ на клапане, если р₁ = 1,6 МПа. Жесткость пружины с = 13 Н/мм, ее предварительное поджатие у_о = 8 мм, максимальный ход клапана l = 3 мм, коэффициент расхода μ = 0,8, объемный расход Q = 1 л/с.

Задача 40. Считая жидкость несжимаемой, определить скорость движения поршня под действием силы F = 10 кН на штоке, диаметр поршня D = 80 мм, диаметр штока d = 30 мм, проходное сечение дросселя S_др = 2 мм 2 , его коэффициент расхода μ = 0,75, избыточное давление слива р_с = 0, плотность рабочей жидкости ρ = 900 кг/м 3 .

Задача 41. Определить время для вытекания всей воды из цилиндрического бака, если его диаметр D = 0,8 м, наполнение равно h = 0,7 м. Диаметр трубы d = 70 мм, длина l = 0,8 м. Температура жидкости 20 о С. Чему равно отношение продолжительности вытекания первой и второй половины объема жидкости?

Указание: Продолжительность истечения от уровня Н_о до уровня Н может быть определена по формуле:

где S – площадь сечения сосуда;

Н_о – начальный напор, с которого начинается опорожнение сосуда;

Н – конечный напор, до которого опорожняется сосуд;

μ – коэффициент расхода, который может быть определен по формуле

где ξ_сист. – суммарный коэффициент сопротивления.

ГЛАВА 4. ГИДРОМАШИНЫ

Понятие «гидромашины» включает в себя насосы и гидродвигатели. В насосе происходит преобразование энергии двигателя (как правило, электродвигателя) в энергию потока жидкости, а гидродвигатель преобразует энергию потока жидкости в механическую работу.

По принципу действия гидромашины делят на объемные и динамические.

Объемными называют гидромашины, рабочий процесс которых основан на попеременном заполнении рабочих камер жидкостью и вытеснением ее из этих камер. Рабочей камерой объемной гидромашины называют ограниченное пространство внутри машины, периодически изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с входом и выходом.

В объемных насосах перемещение жидкости осуществляется путем вытеснения ее из рабочих камер вытеснителями, которые совершают поступательное (поршневые насосы), вращательное или сложное вращательно-поступательное движение (роторные насосы).

В динамических гидромашинах жидкость в камере находится под силовым воздействием и имеет постоянное сообщение со входным и выходным патрубками.

Основной разновидностью динамических насосов являются лопастные и, в частности, центробежные насосы. В центробежном насосе передача мощности от двигателя к жидкости происходит в процессе движения ее по межлопаточным каналам быстро вращающегося рабочего колеса из центральной его части к периферии.

Напор Н, развиваемый центробежным насосом, зависит от его подачи (расхода) Q. Зависит от расхода также η – к.п.д. насоса, N – полезная мощность, – допустимая вакуумметрическая высота. Эти зависимости называются характеристиками насоса.

Обычно пользуются экспериментальными кривыми Н_н = f (Q), которые имеют вид плавно спадающих кривых. Кривая зависимости к.п.д. насоса от подачи Q выходит из начала координат (при Q = 0), достигает максимума при некоторой оптимальной подаче.

Для двух геометрически подобных центробежных насосов и для подобных режимов их работы справедливы следующие соотношения:

(4.1)

где D – диаметры рабочих колес.

Приведенные формулы позволяют производить пересчет характеристик центробежных насосов с одной частоты n₁ и диаметра D₁ на другую частоту n₂ и другой диаметр D₂. Для одного итого же насоса D₁ = D₂ и формулы упрощаются.

Гидравлический и объемный к.п.д. насоса при сохранении подобия режимов его работы остаются приблизительно постоянными в силу автомодельности. Полный к.п.д. насоса при этом в первом приближении можно считать также постоянным.

Когда абсолютное давление на входе в центробежный насос оказывается слишком низким, на входных элементах лопаток рабочего колеса возникает кавитация. При этом напор, создаваемый насосом, и его к.п.д. резко падают.

Кавитационным запасом называют разность между полным напором жидкости во входном патрубке насоса и давлением насыщенных паров жидкости, т. е.

, (4.2)

где р_в и v_в, – давление и скорость во входном патрубке насоса;

р_н.п – давление насыщенных паров жидкости при данной температуре.

Значение кавитационного запаса, при котором начинается кавитация в насосе, называют критическим или минимально допустимым кавитационным запасом и обозначают . Эта величина будет тем больше, чем больше подача насоса и частота вращения его колеса, и может быть найдена по следующей формуле С. С. Руднева:

, (4.3)

где С = 800. 1000 — коэффициент для обычных насосов. Для насосов с повышенными кавитационными свойствами С ≤ 1300. Это значение соответствует при подстановке в формулу (5.10) (м); n (об/мин); Q (м 3 /с).

Формула С. С. Руднева позволяет находить минимально допустимое абсолютное давление p_в _min перед входом в насос при заданных Q и n, или Q_max при заданных p_в и n, или n_max при заданных р_в и Q.

С явлением кавитации связано и ограничение на высоту положения насоса относительно уровня жидкости в исходном резервуаре. Допустимая высота всасывания определяется также с использованием формулы Руднева:

где — потери во всасывающем трубопроводе; φ = 1,1 ÷ 1,2.

Видео:Отверстие в дроссельной заслонке АЕЕ. Какие нюансы ждут.Скачать

Расчет дросселей и дросселей-регуляторов расхода

Расход жидкости в дросселе или в дросселе-регуляторе определяется по уравнению

, (11.11)

где — расход через дроссель;

— коэффициент расхода, = 0,6…0,72;

— площадь проходного отверстия дросселя;

— перепад давления на дросселе.

Фильтры

Фильтры предназначены для поддержания в процессе эксплуатации необходимой чистоты масла в целях обеспечения надежной и долговечной работы гидропривода.

В зависимости от срока службы, назначения и надежности работы следует выбирать тонкость фильтрации, т. е. степень очистки рабочей жидкости.

По степени очистки различают фильтры грубой, нормальной, тонкой и особо тонкой очистки; они задерживают частицы, размеры которых не превышают соответственно 0,1; 0,01; 0,005; 0,001 мм.

Практика показывает, что фильтр эффективно защищает только тот элемент гидросистемы, который установлен непосредственно после него, а остальные элементы получают лишь частичную защиту. Поэтому фильтры могут устанавливаться во всасывающей, напорной или сливной линиях, а иногда комбинированно в двух или трех линиях.

Фильтр грубой очистки устанавливается в заливной горловине гидробака, а в остальных случаях в системах объемного гидропривода следует применять фильтры нормальной очистки. Для защиты фильтра от недопустимого повышения давления в сливной линии, вызванного засорением фильтрующего элемента или резким повышением вязкости масла в крышке фильтра следует установить предохранительный клапан, который начинает открываться при перепаде на фильтре 200 кПа, пропуская весь поток жидкости в обход фильтра.

При разработке схемы объемного гидропривода установленный фильтр подбирается по пропускной способности соответствующей линии:

, (11.12)

и проверяется на давление в фильтре и линии:

. (11.13)

Расчет фильтра

Определение площади фильтрующего элемента проводится по формуле:

, (11.14)

где — расход рабочей жидкости через фильтр;

— перепад давления на фильтре;

q — удельная пропускная способность фильтра;

— динамическая вязкость масла.

Пропускная способность в зависимости от вида фильтрующей поверхности приведены в таблице 11.1.

Таблица 11.1 — Пропускная способность фильтрирующих
поверхностей

Тип поверхности	, л/см 2
Густая металлическая сетка	0,05
Пластины с зазором 0,08 мм	0,08
Хлопчатобумажная ткань	0,009
Мягкий густой войлок толщиной 10 мм	0,015