Методические указания к выполнению задачи 1

Задания на контрольную работу

Задания на контрольные работы и методические указания к их выполнению

Блок контроля освоения дисциплины

Методические указания к решению

Для определения величины предварительного натяга пружины h применим уравнение статического равновесия шарика под действием силы давления жидкости на шарик P и уравновешивающего, равное сумме сжимающего усилия пружины F=c и веса шарика G = ρgV, где V - объем шарика.

Пропускная способность клапана (расход Q) определяется по формуле истечения

Q = μS , ,

где μ = 0,7 - коэффициент расхода пропускного отверстия;

S - площадь пропускного отверстия, щели определяемая по диаметру седла α и высоты h;

Δ P = P - перепад давления в пропускном отверстии клапана.

В соответствии с учебным планом по дисциплине «Гидравлика» студенты специальностей 151001.65 и 150202.65 очно-заочной и заочной формы обучения выполняют одну контрольную работу. Контрольная работа состоит из 2-х заданий.

Написание работы - самостоятельный творческий процесс, способствующий усвоению пройденного материала.

Контрольная работа является важнейшей частью изучаемого курса, так как в процессе ее выполнения студент приобретает практические навыки составления и расчета гидравлических напорных систем.

Пояснительная записка оформляется с использованием ПЭВМ на листах формата А 4; шрифтом Times New Roman обычным, размером 14 с межстрочным интервалом 1.5. Размеры полей: левого - 30 мм, правого - 15 мм, верхнего и нижнего - 20 мм.

На титульном листе указывается наименование предмета, специальность, шифр, фамилия, имя и отчество студента.

В работе должны быть приведены исходные данные для заданного варианта. Номера вариантов соответствуют последней цифре шифра студента, а вид регулируемых параметров - предпоследней цифре шифра.

Работа должна иметь сквозную нумерацию страниц и рисунков. При использовании в записке формул, справочных данных необходимо делать ссылки на литературные источники (название источника, номер таблицы или страницы). Следует избегать сокращения слов. В конце записки делается список использованной литературы и оглавление.

Содержание пояснительной записки излагается в ясной и сжатой форме, технически грамотным языком на одной стороне листа, с тем, чтобы с другой стороны можно было внести дополнения или исправления после рецензирования.

Контрольная работа считается зачтенной, если она не содержит принципиальных ошибок, выполнена аккуратно и удовлетворяет перечисленным выше требованиям.

Задача № 1

Рис. 1. Схема установки для подачи СОЖ в металлорежущем станке

1 - резервуар-отстойник; 2 - фильтр; 3 - насос; 4 - трубопровод; 5 - вентиль;

6 - коллектор; 7 - конические сходящиеся сопла; 8 - обрабатываемая деталь; 9 - поддон;10 - трубопровод.

Смазывающе-охлаждающая жидкость (СОЖ) вязкостью с помощью на­соса 3 забирается из резервуара-отстойника 1 и

по напорному трубопроводу 4 по­дается в коллектор 6 с шестью коническими сходящимися соплами 7, из которых жидкость разбрызгивается струями по поверхности обрабатываемой детали 8 (так называемое спрейерное охлаждение). Отработанная СОЖ собирается в поддон 9 и по трубопроводу 10 сливается в резервуар отстойник.

На трубопроводе 4 установлен вентиль 5, регулирующий расход подаваемой СОЖ, а на всасывающем патрубке насоса - сетчатый фильтр 2, предотвращающий попадание крупных твердых частиц в систему охлаждения.

Заданы следующие величины:

V_c - скорость струй в соплах;

d_c - диаметр сопел;

d_в - диаметр всасывающего патрубка;

d_н - диаметр напорного трубопровода 4;

l - длина напорного трубопровода 4;

Z - расстояние по вертикали от насоса до центра коллектора;

коэффициенты гидравлического сопротивления:

фильтра , вентиля и коллектора .

Требуется определить:

расход подаваемой СОЖ Q, ;

потребный напор Н, м, создаваемый насосом;

затрачиваемую насосом мощность N, кВт, с учетом его КПД

Принять величину коэффициента скорости сопел , коэффициент кинетической энергии в уравнении Бернулли (при ламинарном течении), (при турбулентном.)

Высоту всасывания насоса не учитывать.

Заданные величины приведены в табл.1.

Таблица 1

Параметры	Варианты и исходные данные	Цифра шифра студента
	8,0	8,5	7,5	7,0	8,0	8,5	7,5	7,0	8,5	8,0	последняя
											последняя
											последняя
											последняя
	1,6	1,7	1,7	1,6	1,8	1,6	1,6	1,8	1,7	1,6	предпоследняя
	1,4	1,5	1,6	1,4	1,6	1,4	1,4	1,6	1,5	1,4	предпоследняя
	2,5	2,0	2,1	2,1	2,5	2,2	2,2	2,0	2,3	2,2	предпоследняя
	3,2	3,3	3,0	3,2	3,1	3,0	3,1	3,1	3,2	3,3	предпоследняя
	1,2	1,2	1,3	1,2	1,1	1,3	1,3	1,1	1,2	1,3	предпоследняя

Наибольший расход СОЖ Q_max при полном открытии вентиля определим по заданной скорости струи v _c и поперечному сечению сопел, с уче-

том количест­ва сопел - (n) по следующей формуле:

(1)

где величина потребного напора Н определяется по величинам манометриче­ского давления Р _ман в зоне нагнетания, и вакуума Р_вак -в зоне всасывания насоса (см. рис.1) по формуле:

, (2)

где g = 9,8 м/с².

Для определения величин Р_ман и Р_вак воспользуемся уравнением Бернулли, соединив этим уравнением сечение потока 1-1 с 2-2 и 1 -1’ с 2 -2' (см. рис.).

Тогда:

(3) (4)

В уравнениях:

z - геометрические высоты расположения сечений относительно выбран­ной плоскости сравнения;

P - давление в указанных точках потока;

- средняя скорость потока в сечении;

- потеря напора на участке потока между сечениями;

- коэффициент кинетической энергии.

Потери напора определяются по величине скоростного напора и коэффициенту гидравлического сопротивления участка потока по формуле

(5)

Средние скорости в сечениях потока определяются по вычисленному рас­ходу Q и площадям сечений потока.

В уравнении (1) плоскость сравнения намечается в плоскости сечения 1-1. По условию задачи разность высот z₁ и z₂ не учитывается, давление P₁ - равно атмо­сферному, а скорость v₁ О. Отсюда величина вакуума Р_вак = Р_атм – Р₂ , со­гласно уравнению, равна:

(6)

где - коэффициент гидравлического сопротивления, учитываются потери только в фильтре .

Для определения необходимо найти среднюю скорость во всасывающем трубопроводе по формуле:

(7)

Для нахождения величины необходимо определить режим движения по числу .

В уравнении (4) плоскость сравнения намечается по сечению 1’-1. При

этом = 0 и z₂ = z. Скорости и - равны, так как площади сечений 1-1 и 2-2 одинаковы.

Потеря напора (на напорной линии) включает в себя потерю по длине трубы h_l и местную потерю в вентиле :

. (8)

Обе потери определяются по величине скоростного напора, равного .

Тогда среднюю скорость определим по формуле

(9)

Согласно формулам Дарси и Вейсбаха, имеем:

, (Па), (10)

где - коэффициент гидравлического трения, определяемый в зависимости от режима течения.

При ламинарном движении (при числе Рейнольдса Re < 2300) - по формуле Стокса:

(11)

При турбулентном движении (при числе Рейнольдса Re >2300) - по формуле Блазиуса:

(12)

где число Рейнольдса равно .

Решая уравнение(13) найдем разность давлений по формуле:

, (Па), (13)

где потерю напора в коллекторе h_k определим как местную потерю по фор­муле Вейсбаха (решение приближенное):

(14)

Напор h_c, необходимый для создания струи, вытекающей на сопла с заданной скоростью v_c, равен:

, (15)

Сравнивая величины h_k и h_c через давление, получим согласно уравнения, формулу для манометрического давления по формуле:

(16)

Величину потребного напора Н определим по формуле(2), а величину затрачи­ваемой насосом мощности N по формуле:

(17)

Задача № 2

По стальному трубопроводу 2 из пневмогидравлического аккумулятора 1 подаётся рабочая жидкость плотностью кг/м²и вязкостью м²/c, с расходом В конце трубопровода установлен быстродействующий запорный клапан 3, время срабатывания которого равно Давление за клапаном атмосферное. Длина трубопровода l, внутренний диаметр , толщина стенки . Коэффициент сопротивления клапана в открытом положении . Определить давление в аккумуляторе в момент срабатывания запорного клапана. Высота уровня жидкости в аккумуляторе z.

Рис. 2.

Решая задачу, используем при установившемся движении уравнение Бернулли, а при гидравлическом ударе – уравнение Жуковского.

Таблица 2

Параметры	Варианты и исходные данные
Последняя цифра шифра студента
Qх10^-3, м^3/c	1,1	1,2	1,5	0,9	1,2	1,0	1,1	1,4	1,0	0,9
l, м
dх10^-3, м
z, м	2,6	2,8	2,4	2,6	2,7	2,5	2,0	2,1	2,0	2,6
Предпоследняя цифра шифра студента
х10^-8, м	1,6	1,8	1,8	1,6	1,6	1,6	1,8	1,8	1,4	1,4
t х10^-2, с	2,0	2,0	3,0	3,0	2,0	2,5	3,0	3,0	3,5	2,5
	3,1	3,4	2,8	2,9	3,2	3,3	3,0	3,1	2,9	3,2

Методические указания к решению:

Давление в аккумуляторе в момент срабатывания запорного клапана

,

где - избыточное статическое давление в аккумуляторе при установившемся течении в трубопроводе с расходом жидкости ;

– ударное давление, вызванное быстрым торможением потока при срабатывании запорного клапана. Статическое давление определяется на основании уравнения Бернулли, составленного для контрольных сечений потока а – а, b – b:

где υ – средняя скорость в сечении трубопровода при установившемся движении;

- коэффициент кинетической энергии - при ламинарном режиме;

- при турбулентном режиме;

- коэффициент сопротивления трубопровода;

где - = 0,5 - коэффициент сопротивления на входе в трубопровод,

– коэффициент гидравлического трения,

Коэффициент определяется по формулам:

соответствующим закону гладкой стенки

где - площадь поперечного сечения потока в трубопроводе

Число Рейнольдса:

Для определения ударного давления сначала вычисляем скорость распространения ударной волны:

где - объёмный модуль упругости жидкости;

- модуль упругости стали.

Находим время фазы гидравлического удара:

Из сопоставления и t устанавливаем характер гидравлического удара:

- при полном гидравлическом ударе;

- при не полном гидравлическом ударе;

Далее находим искомую величину .

Дата добавления: 2015-05-23