Наземцев А.С., Рыбальченко Д.Е. - Гидравлические и пневматические системы. ч.2 Гидравлические приводы и системы. Основы (1053469), страница 10
Текст из файла (страница 10)
По расчетам температуры могут достигать значений 1500 С и выше, а местное давление— до 200 МПа. Большая энергия, рассеиваемая при схлопывании кавитационных пузырей вблизи гюверхности обтекаемого тела, может приводить к ее повреждению. Масштабы такого явления, называемого гидравлической эрозией, могут быть разными — от точечной поверхностной эрозии после многих лет эксплуатации до катастрофического выхода из строя насосов, гидроаппаратов и т.п, Кавитация может существенно увеличивать гидродинамическое сопротивление, в результате чего снижается коэффициент полезного действия гидравлического оборудования, может стать причиной снижения подачи насоса и даже срыва его работы. Для избежания опасности возникновения кавитации в гидросистемах, рекомендуется соблюдать, как ми- нимум, следующие условия: ° давление в потоке жидкости должно быть больше давления насыщенных паров; ° режим течения жидкости по воэможности должен быть ламинарным; ° температура рабочей жидкости не должна превышать значение, при котором может начаться образование газовых пузырьков; ° максимально возможное ограничение попадания воздуха в рабочую жидкость.
Наиболее эффективным способом предотвращения возникновения кавитации в гидросистемах является повышение рабочего давления в проблемных зонах. В частности, радикальным способом борьбы с кавитацией в насосах является применение насосов подкачки. Для уменьшения разрушающего эффекта кавитации используют противоэрозионные материалы, специальные покрытия из бронзы, хрома и др. Наиболее стойкими к гидравлической эрозии являются титан, бронза и нержавеющая сталь, а наименее стойкими — чугун и углеродистая сталь. Полностью устранить разрушительное действие кавитации путем применения стойких против коррозии материалов не представляется возможным. 2.4. Основы гидродинамики 2.4.8. Гидроудар Гидравлическим ударом называется колебательный процесс резкого изменения давления в жидкости, вызванного внезапным изменением скорости ее течения в напорном трубопроводе.
Этот процесс является очень быстротечным и характеризуется чередованием резких повышений и понижений давления. Изменение давления при этом тесно связано с упругими деформациями жидкости и стенок трубопровода. Гидравлический удар чаще всего возникает при быстром перекрытии трубопровода запорным устройством (рис.
2.24). Рис. 2.24. Стадии гидравлического удара в трубопроводе Рассмотрим стадии гидравлического удара: в жидкость движется по трубопроводу со скоростью св (рис. 2.24, а); в мгновенное закрытие задвижки (рис. 224, б). Скорость частиц жидкости, натолкнувшихся на задвижку, погашается, их кинетическая энергия переходит в работу деформации стенок трубы и жидкости. Стенки трубы растягиваются, жидкость сжимается* в соответствии с повышением давления на величину Лрит На остановившиеся частицы жидкости набегают текущие за ними и тоже останавливаются, в результате чего сечение 1 — 1 перемещается от задвижки со скоростью с, называемой скоростью ударной волны.
Область, в которой давление изменяется на величину Лр„, называют ударной волной; в ударная волна достигла резервуара (рис. 2.24, в). Жидкость в трубе остановлена и сжата, стенки тру- бы — растянуты; в под действием перепада давления Лр„„жидкость из трубы устремляется в резервуар, начиная с сечения, непосредственно прилегающего к резервуару (рис. 2.24, г). Сечение 1 — 1 перемещается в обратном направлении — к задвижке — с той же скоростью с. Давление за сечег(ием выравнивается до рв, труба приобретает начальное состояние; а работа деформации жидкости и трубы полностью переходит в кинетическую энергию, жидкость в трубе приобретает первоначальную скорость св, но направленную в другую сторону (рис. 2.24, д); а движущаяся в резервуар жидкость стремится оторваться от задвижки, в результате возникает отрицательная ударная волна под давлением рс — Лр„(рис.
2.24, е). Ударная волна направляется от задвижки к резервуару со скоростью с, оставляя за собой сжавшиеся стенки трубы и расширившуюся под действием давления рв — Лрт„жидкость. Кинетическая энергия жидкости вновь переходит в работу деформаций, но противоположного знака; * В данном случае нельзя пренебрегать сжимаемостью жидкости, так как именно малая сжимаемость жидкости является причиной возникновения большого ударното давления. 2. Физические основы функционирования гидросистеги а отрицательная ударная волна достигает резервуара (рис. 2.24, ж); в давление в трубе начинает выравниваться, что сопровождается возникновением движения жидкости из резервуара со скоростью сд (рис. 2.24, з). Когда отраженная от резервуара ударная волна достигнет задвижки, возникнет ситуация уже имевшая место (см.
рис. 2.24, б). Весь цикл гидравлического удара повторится. Увеличение давлениЯ Ьруд пРи гидРоУДаРе опРеделЯетсЯ по фоРмУле ЖУковского; УУРуд = Р (с о с ~ ) с~ где гв и с„— средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки, м!с; с — скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода, где уу' — обьемный модуль упругости жидкости; Š— модуль упругости материала стенки трубопровода; гг — внутренний диаметр трубопровода; 5 — толщина стенки трубопровода.
При реальных гидроударах имеет место затухания колебаний давления вследствие трения и ухода энергии в резервуар (рис. 2.25). Рис. 2.25. Изменение давления во времени около задвижки Штриховой линией на рис. 2.25, а приведена теоретическая диаграмма изменения давления около заДвижки пРи Рс > ЬРуд Сплошными линиЯми показан пРимеРный виД Действительной каРтины изменениЯ Давления во времени. При рд < ЬРуд снижение давления в трубопроводе на величину 1д„, невозможно, так как давление около задвижки падает практически до нуля (р з — 0,1 МПа), что вызывает кавитацию и образование паровой каверны.
В связи с этим нарушается периодичность процесса (рис. 2.25, б). Формулы Жуковского справедливы, когда время закрытия задвижки равно где г, — фаза гидравлического удара; ( — длина трубопровода. При этом условии имеет место прямой гидравлический удар. Непрямой гидравлический удар возникает когда ударная волна, отразившись от резервуара, возвращается к задвижке раньше, чем она будет полностью закрыта.
При этом повышение давления а трубопроводе будет меньше, чем при прямом гидроударе. Гидравлический удар может привести к повреждению мест соединений отдельных участков трубопровода (стыки, фланцы), разрыву стенок трубы, поломке насосов и т.п. Для предотвращения гидравлического удара применяют различные устройства, устанавливаемые на трубопроводах, которые либо увеличивают время закрытия запорных устройств, либо принимают на себя возникающие резкие забросы давления; предохранительные кпапаны, гидроаккумуляторы.
42 3. Энергообеспечивающая подсистема Энергообеспечивающая подсистема предназначена для сообщения рабочей жидкости гидравлической энергии и поддержанию ее параметров (чистоты, давления, температуры и т.п.) в требуемом диапазоне значений. Обычно элементы знергообеспечивающей подсистемы монтируют компактным образом в виде функционально единой установки, которую в промышленной практике так и называют насосная установка, либо маслостанция (рис. 3.1). Рис. 3.1. Маслостанция Г:.. Насосные установки в зависимости от предъявляемых к ним требований имеют разную комплектацию. В состав полностью укомплектованной насосной установки входят: бак 9 с рабочей жидкостью; один или несколько насосных агрегатов (насос 10 с приводным двигателем 11); гидравлические аккумуляторы 12 для накопления энергии; предохранительные клапаны 4 для защиты насосов от перегрузки; гидроаппаратура управления 2; приборы контроля давления — манометры 1, температуры 6 и уровня жидкости в баке 5; фильтры 7, 8; устройства для охлаждения или подогрева рабочей жидкости (теплообменники 3); а также трубопроводы и различные устройства для ее обслуживания.
В современном производстве используют маслостанции нескольких типов: в небольшие индивидуальные типовые, обслуживающие один механизм или одну машину; и мощные станции с одним или группой аккумуляторов и общим насосным блоком, обслуживающие груп- пу механизмов ипи агрегатов; в мощные станции, имеющие общий насосный блок и индивидуальные аккумул яторы для каждого обслу- живаемого механизма.
Несмотря на большое разнообразие компоновок и комплектаций маслостанций, в любой гидросистеме главным элементом является рабочая жидкость. 3. Энергообеспечиаающая подсистема 3.1. Рабочие жидкости В гидроприводах рабочим телом, с помощью которого энергия от ее источника передается исполнительным механизмам, приводящим в действие технологическое оборудование, является жидкость.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
