2. Принцип действия и характеристики

Объемный гидропривод содержит источник энергии, кото­рым служит жидкость под давлением. Гидропривод применяют для передачи давления при малой сжимаемости капельных жидкостей, работа которых основана на использовании закона Паскаля. Принципиальная схема простейшего гидропривода показана на рис. 8.1. Гидропривод состоит из двух цилиндров (малого 1 и большого 2), заполненных жидкостью и соеди­ненных между собой трубопроводом. В малом цилиндре 1 находится поршень, который под действием силы F₁ переме­щается вниз, вытесняя жидкость в цилиндр 2. При этом поршень цилиндра 2 начинает двигаться вверх и преодолевает нагрузку (силу) F_i.

По закону Паскаля давления в цилиндрах 7 и 2 будут одина­ковыми и равными: р = F₁/S₁ = F₂/S₂, где S₁ и S₂ - площади поршней цилиндров 1 и 2, если пренебречь потерями давления в системе.

Считая жидкость практически несжимаемой, можно записать:

h₁S₁ = h₁S₁, или v₁S₁ = v₂S₂, где v₁ и v₂ - скорости перемещения поршней.

Затраченная на перемещение поршня мощность цилиндра 1 выражается соотношением N = Fv₁ = pS₁v₁. Величина S₁v₁ яв­ляется расходом жидкости, тогда при отсутствии сил трения условие передачи энергии можно представить в виде N = pQ = F₂v₂, где F₂v₂ - мощность, развиваемая поршнем цилиндра 2; pQ - мощность потока жидкости.

Различают нагрузочные и топографические характеристики гидропривода. Для нескольких постоянных значений давления строят нагрузочные характеристики. Их наклон характеризует уменьшение частоты вращения выходного вала гидропривода с возрастанием давления из-за утечки и сжимаемости жидкос­ти.

Рис. Схема простейшего гидропривода:

1, 2— цилиндры

28. Сопротивление потоку жидкости; Гидравлические потери по длине Ламинарное

течение жидкости.

Г идравлическая жидкость в гидросистемах технологического оборудования, как уже обсуждалось ранее, играет роль рабочего тела. Она обеспечивает перенос энергии от источника гидравлической энергии к потребителю (в большинстве случаев, к гидродвигателю). Для такого переноса используются напорные потоки. В подобных потоках жидкость со всех сторон ограничена твёрдыми стенками трубопроводов, каналов гидроаппаратов и полостей гидромашин. В дальнейшем мы будем ориентироваться именно на такие случаи, хотя аналогичные процессы сопровождают и движение безнапорных потоков.

Естественно, что твёрдые стенки препятствуют свободному движению жидкости. Поэтому при относительном движении жидкости и твердых поверхностей неизбежно возникают (развиваются) гидравлические сопротивления. На преодоление возникающих сопротивлений затрачивается часть энергии потока. Эту потерянную энергию называют гидравлическими потерями удельной энергии или потерями напора. Гидравлические потери главным образом связаны с преодолением сил трения в потоке и о твёрдые стенки и зависят от ряда факторов, основными из которых являются:

• геометрическая форма потока,

• размеры потока,

• шероховатость твёрдых стенок потока,

• скорость течения жидкости,

• режим движения жидкости (который связан со скоростью, но учитывает её не только количественно, но и качественно),

• вязкость жидкости,

• некоторые другие эксплуатационные свойства жидкости.

Но гидравлические потери практически не зависят от давления в жидкости.

Величина гидравлических потерь оценивается энергией, потерянной каждой весовой единицей жидкости. Из уравнения Бернулли, составленного для двух сечений потока, обозначенных индексами ₁ и ₂ потери энергии потока жидкости можно представить как

.

Напомним, что в этом уравнении - энергия единицы веса жидкости, движущейся в поле сил тяготения,

- потенциальная энергия единицы веса жидкости, зависящая от её положения над уровнем нулевого потенциала (линией отсчёта),

- потенциальная энергия единицы веса жидкости, зависящая от степени её сжатия (от давления),

- давление в потоке жидкости,

- плотность жидкости,

- кинетическая энергия единицы веса потока жидкости,

- коэффициент кинетической энергии,

- средняя скорость потока жидкости,

- ускорение свободного падения.

Е сли учесть, что труба в обоих сечениях 1 и 2 имеет одинаковые площади поперечных сечений, жидкость является несжимаемой и выполняется условие сплошности (неразрывности) потока, то, несмотря на гидравлические сопротивления и потери напора, кинетическая энергия в обоих сечениях будет одинаковой. Учтя это, а также то, что при больших давлениях в напорных потоках и небольшой (практически нулевой) разнице нивелирных высот Z₁ и Z₂, потери удельной энергии можно представить в виде

.

Опыты показывают, что во многих (но не во всех) случаях потери энергии прямо пропорциональны квадрату скорости течения жидкости, поэтому в гидравлике принято выражать потерянную энергию в долях от кинетической энергии, отнесённой к единице веса жидкости

,

где - коэффициент сопротивления.

Таким образом, коэффициент сопротивления можно определить как отношение потерянного напора к скоростному напору.

Гидравлические потери в потоке жидкости разделяют на 2 вида:

• потери по длине,

• местные потери.