Материал: Исполнительный привод. учебное пособие. Литвиненко А.М

где k = – коэффициент растворения газа в жидкости;

Vж – объем жидкости;

P1 и P2 – начальное и конечное давление газа.

Коэффициент растворения воздуха при температуре 20 °С составляет:

–в масле АМГ-10 – 0.1038;

–в керосине – 0.1270.

Выделение газа при местном понижении давления ухудшает, а иногда полностью нарушает работу гидросистемы.

2.1.6. Механическая смесь воздуха с жидкостями

При размерах пузырьков воздуха 0,4-0,8 мкм скорость вытеснения их из жидкости становится столь малой, что они могут находиться в смеси с жидкостью в течение многих суток.

Дисперсионную смесь, состоящую из капельной жидкости с пузырьками газа, называют газожидкостной средой. Газ в виде пузырьков всегда присутствует в рабочих жидкостях гидросистем, поэтому мы практически имеем дело не с жидкостью, а с газожидкостной средой. Обычно в масле действующей гидросистемы находится 0,5–5 % воздуха в нерастворенном состоянии. Это увеличивает вязкость жидкости, снижает объемную прочность, изменяет кавитационные свойства.

2.1.7. Сжимаемость и тепловые свойства жидкостей

Капельные жидкости, при некотором допущении, подчиняются закону сжатия Гука.

Сжимаемость жидкости создает во всех случаях в гидромеханизмах эффект жидкостной пружины. Жесткость можно оценить (без учета деформации конструкции) коэффициентом относительного объемного сжатия (коэффициентом сжимаемости), который характеризует относительное изменение объема жидкости, приходящееся на единицу изменения давления:

1/ΔρV/ V0

или

V = βΔρV, V = (V0 – ΔV) = (1 – βΔρ),

где ΔV/V0 – относительное изменение объема; Δρ = ρ2 – ρ1 – изменение давления; ρ1 и ρ2 – начальное и конечное давление;

55

V0 и V– начальный объем при атмосферном давлении и объем при изменении давления на Δρ.

Величина, обратная β, называется объемным модулем упругости жидкости при всестороннем сжатии:

E = VΔρ / ΔV = 1/β.

С повышением температуры E уменьшается, в соответствии с чем сжимаемость жидкостей повышается.

Наличие в жидкости пузырьков нерастворенного воздуха также понижает объемный модуль упругости.

Среднее значение коэффициента сжимаемости масла АМГ-10 для давления 0…200 кг/см2 и температуры 20 °С: β = 7·10–5 см2 /кг.

Для насыщения и эвакуации из гидросистемы теплоты, выделяющейся при работе необходимо, чтобы жидкости обладали определенными значениями удельной теплоемкости и теплопроводности.

Теплопроводность характеризуется количеством теплоты, которая проходит в единицу времени через единицу площади слоя жидкости толщиной в единицу длины. Для большинства нефтепродуктов теплоемкость равна примерно 0,15–0,18 Вт/м·K.

Удельная теплоемкость, под которой понимается количество теплоты, необходимой для нагревания единицы массы на 1 °С, характеризует интенсивность повышения температуры в гидросистеме. Для распространенных рабочих жидкостей в интервале температур 0–100 °С она равна в среднем 1,16 Дж/м·К.

2.1.8. Давление насыщенных паров. Кавитация

Делением насыщенного пара жидкости называют установившееся в замкнутом пространстве давление насыщенного пара, находящегося при данной температуре в равновесии с жидкостью.

Давление насыщенного пара однородных жидкостей имеет для каждой температуры определенное значение. Если же в жидкости растворено какоелибо вещество, то испарение растворителя затрудняется. Ввиду этого температура кипения сложных жидкостей (масел) при данном давлении, по мере выкипания легких компонентов, повышается, а давление насыщенных паров понижается.

Кавитация – местное выделение из жидкости в зонах пониженного давления паров жидкостей и газов (вскипания жидкостей) с последующим возмущением паровых (конденсация) и смыканием газовых пузырьков при попадании их в зону повышенного давления. Разрушение пузырьков сопровождается местными гидравлическими микроударами.

56

До настоящего времени не существует строго обоснованного описания механизма кавитационного разрушения гидроагрегатов. Одна из гипотез предполагает, что при понижении давления в какой-либо точке потока жидкость вскипает, происходит ее разрыв, выделившиеся при этом пузырьки газа и пара увлекаются потоком и переносятся потоком в область более высокого давления, в которой паровые пузырьки конденсируются, а газовые – сжимаются. Так как процесс конденсации и сжатия происходит мгновенно, то частицы жидкости перемещаются к центрам пузырьков с большой скоростью (до сотен м/с), в результате кинетическая энергия соударяющихся частиц вызывает местные гидравлические микроудары, сопровождающиеся выбросами температуры (от 1000–1500 °С).

Основным способом борьбы с кавитацией является максимальное разрежение в зоне возможной кавитации, которое частично может быть достигнуто повышением окружающего давления.

2.1.9. Режимы течения. Потери в трубопроводах

Различают два режима течения: ламинарный, характерный слоистым течением без перемешивания частиц и без пульсации скорости жидкости,

итурбулентный, сопровождающийся интенсивным перемешиванием частиц

ипульсациями скорости.

Переход от ламинарного режима к турбулентному характеризуется числом (критерием) Рейнольдса Re, представляющим собой безразмерную величину и связывающим среднюю по сечению скорость потока U, диаметр d сечения и кинематический коэффициент вязкости. Для трубопроводов круглого сечения Re имеет вид

Re = U d/ υ.

Справедливо общее правило: при Re < Re критич. – ламинарное течение, при Re > Re критич. – турбулентное течение.

Для гладких металлических труб: Re критич. = 2200 – 2300.

Потеря давления ΔP на цилиндрическом прямом отрезке трубопровода при Re < 2300 определяется формулой Пуазейля

где P1 и P2 – давление в начале и конце трубопровода; и V – динамическая и кинематическая вязкость;

– плотность;

57

L и D – длина и диаметр внутреннего рассматриваемого сечения трубопровода;

Q и U – средние значения расхода и скорости жидкости;

– гидравлическое сопротивление при ламинарном течении.

Вводя коэффициент λ = 64 / Re = 64υ / Ud, вышеприведенное выражение можно преобразовать:

где λ – коэффициент трения при ламинарном режиме; f – сечение трубопровода.

С учетом дополнительных сопротивлений (сужение сечения, охлаждение пристеночных слоев) λ = 75 / Re.

2.2. Гидроприводы

Объемные насосы. Перемещение жидкости в них осуществляется путем вытеснения ее из рабочих камер вытеснителями.

Вытеснитель – рабочий орган насоса, непосредственно осуществляющий работу вытеснения.

По характеру процесса вытеснения объемные насосы разделяют на поршневые и роторные.

В поршневом насосе жидкость вытесняется из неподвижных камер в результате лишь возвратно-поступательного движения вытеснителей (поршней, диафрагм, плунжеров).

Плунжер – поршень, длина которого значительно превосходит диаметр. В роторном насосе жидкость вытесняется из перемещаемых рабочих

камер в результате вращательного или вращательно-поступательного движения вытеснителей (шестерен, винтов, пластин, поршней).

По характеру движения входного звена объемные насосы разделяются на вращательные и прямодействующие.

Объемные гидродвигатели. По характеру движения выходного (ведомого) звена они делятся на три класса.

1.Гидроцилиндры с возвратно-поступательным движением выходного

звена.

2.Гидромоторы с непрерывным вращательным движением выходного

звена.

3.Поворотные гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного вала (гидроповоротники, моментные гидроцилиндры).

58

Принцип действия объемных гидроприводов. Удельная энергия идеальной жидкости определяется уравнением

где E – полная энергия жидкости с плотностью ρ; m – масса жидкости, текущей со скоростью U;

Zg – удельная энергия положения при разности высот Z; P/ρ – удельная энергия давления P;

U2/2 – удельная кинетическая энергия жидкости; U – скорость течения.

Передачу энергии можно осуществить, изменяя любой из членов написанного выше уравнения. Применительно к объемным гидроприводам из указанных трех видов механической энергии основным является энергия давления.

На рис. 2.1 представлена схема простейшего объемного гидропривода. Он состоит из соединенных трубопроводами насоса 1 с баком 5 и силового цилиндра 2, предохранительного клапана 4 и распределительного устройства 3, дросселя 6.

Жидкость от насоса 1 поступает в левую полость цилиндра 2, перемещая его в поршень. Жидкость, вытесняемая поршнем с правой полости цилиндра, удаляется сливным трубопроводом в бак 5. При повороте распределителя на 90 °С жидкость от насоса поступает в правую полость цилиндра, осуществляется реверс. При превышении давления сверх нормы открывается предохранительный клапан 4 и жидкость будет переливаться через него в бак. Регулирование скорости в передачах мощностью более 5–10 кВт обычно осуществляется с помощью насоса 1 путем изменения его рабочего объема, а в передачах меньших мощностей – посредством дросселя 6, с помощью которого создается сопротивление на входе жидкости в гидродвигатель, в результате чего часть жидкости переливается в бак через клапан 4.

Механизмы прямолинейного движения. Силовые цилиндры. Эти механизмы наиболее широко распространены в гидроприводе.

На рис. 2.2 приведена схема цилиндра двухстороннего действия. Движущие усилия P на штоке и скорость V его перемещения (без учета

потерь на трение, против давления и утечек) определяют по формулам: P = Pf; , где f – рабочая поверхность поршня; Q – объемный расход.

то же для правой.

Применяются цилиндры со ступенчатым поршнем, телескопические. Мембрана. В гидравлическом механизме представляет собой защем-

ленное по периферии эластичное кольцо, с центром которого связана нагрузка. Они могут быть плоские, тарельчатые, с жестким центром.

59