Никитин О.Ф. Гидравлика и гидропневмопривод DJVU (948287), страница 28
Текст из файла (страница 28)
доказал возможность возникновения поверхностей разрыва в газовом потоке. Злементарная теория скачков уплотнения в газовом потоке была разработана Рэнкиным в 1870 г. и Гюгонио в 1887 г. Образование скачков уплотнения в сопле Лаваля обнаружил и изучал А. Стодола. В 1902 г. в Ученых записках Московского университета была опубликована докторская диссертация С.А. Чаплыгина «О газовых струях».
В этой работе Чаплыгин вывел новые уравнения для плоского потенциального течения газа и разработал метод приближенного интегрирования их для течений с дозвуковыми скоростями. Полученные в этой работе результаты легли в основу нового раздела гидромеханики, развившегося ныне в науку, называемую газодинамикой. В конце Х1Х в. пневмопривод, использующий в качестве рабочей среды, как правило, сжатый воздух, уже широко применялся для врубовых машин. 160 Развитие еидро-, пневиопривода и гидродинаиичеа<ой передачи Теория пневмоприводов машин начала развиваться сравнительно недавно, что объясняется сложностью процессов, протекающих в этих приводах. Первой капитальной работой, посвященной пневмоустройствам горных машин, была монография А.П. Германа, опубликованная в 30-х годах прошлого столетия. Вопросы динамики пиевмоустройств были рассмотрены в 50-х годах ХХ в.
И.И. Артоболевским, Е.В. Герц, А.Е. Кобринским и Н.Г. Раевским. Первые работы по расчету пневмопривода тормозов автомобилей были выполнены Н.А. Бухариным в 1941 г. Современная инженерная методика расчета тормозных систем автомобиля разработана Н.Ф. Метлюком и В.П. Автушко (1983).
Применение пневмопривода в тракторах и автомобилях связано, главным образом, с управлением тормозами. Простота конструкции, невысокие требования к обслуживанию при эксплуатации являются положительными качествами пневматических систем управления. Поэтому на ма<пинах, оборудованных пневматической системой тормозов, находят применение пневматические сервоприводы управления сцеплением, механизмами блокировки дифференциалов и другие пневматические системы. Перспективным является использование гидравлических и пневматических передач в сочетании с электрическими для автоматизации технологических процессов в сельском хозяйстве, строительстве и других отраслях народного хозяйства в целях повышения производительности и улучшения условий труда. Гидродинамичеекие передачи Архимед (287 — 2! 2 до н.
э.), великий ученый древности, изобрел винтовое водоподъемное устройство, позже названное в его честь. Это устройство поднимало воду с помощью вращающегося внутри трубы винта, но некоторое количество воды всегда стекало обратно, так как в те времена эффективные уплотнения были неизвестны.
В результате была выведена зависимость между углом наклона винта и подачей. При работе можно было выбрать между большим объемом поднимаемой воды или большой высотой подъема. Чем болыпе угол наклона винта, тем больше высота подъема при уменьшении подачи. При этом принцип работы механизма был очень похож на тот, по которому работают современные центробежные насосы. Характеристика насоса имеет аналогичную зависимость между напором и подачей. Из исторических источников мы знаем, что такие винтовые насосы работали при углах наклона 37...45'. Они обеспечивали подъем воды на высоту 2...6 м и имели максимальную подачу около 1О и'/ч. 161 Ч. П.
Гидроьвевмолривод Гидравлическое устройство типа архимедова винта стали применять для орошения полей за 1000 лет до н. э. Гидравлические двигатели, по всей видимости, были в числе первых механических двигателей, изобретенных и используемых человеком. Это были различного вида водяные колеса: верхненаливные, средненаливные, нижнебойные и др., которые применялись очень долго, вплоть до середины Х1Х в., а кое-где они работают и сейчас. Первое описание водяного колеса принадлежит Витрувию, архитектору и инженеру Древнего мира, жившему во времена Юлия Цезаря и императора Августа. Однако, по всей вероятности, эта машина появилась на несколько столетий раныпе. После Х в. водяные колеса стали применяться очень широко, оставаясь универсальным двигателем вплоть до конца ХЧ1П в.
В средние века в России возводились многочисленные плотины на реках. Так, в 1516 г. была построена плотина из камня на р. Неглинке в Москве. В России уже в Х1Ч вЂ” ХЧ вв. было множество водяных мельниц. В допетровской России в ХЧ! в. стали появляться фабрики и заводы, использовавшие водяную энергию. В 1752 г. М.В. Ломоносов принял участие в постройке Усть-Рудницкой стекольной фабрики, где водяные колеса широко применялись для приведения в движение лесопильных рам, мельниц и ряда других установок. В ХЧ! — ХЧП вв. водяные колеса использовались на заводах.
Так, на семи тульских заводах в 1690 г. 30 водяных колес приводили в движение мехи, молоты, сверлильные устройства и т. д. На Екатеринбургском заводе в начале ХЧП1 в, имелось более 50 колес. В середине ХЧП1 в. только на одном Урале существовало более 150 заводов, имевших гидравлические установки. В 1750 г. академик Л. Эйлер вывел так называемое «турбинное уравнение» вЂ” основное уравнение рабочего процесса турбомашин, разработал основы теории турбин и реактивного колеса Сегнера, предложил конструкцию турбины. В середине ХЧП! в.
член Российской академии наук Леонард Эйлер создал знаменитую теорию лопастных гидравлических машин, опубликованную в труде «Более полная теория машин,приводимых в движение действием воды» (СПб, 1754). Академик Эйлер вывел зависимости, характеризующие работу лопастных гидравлических машин, опередив технику почти на сто лет. В !780 г. знаменитый русский гидротехник Козьма Фролов соорудил на Урале высокую (17 м) земляную плотину, а в 162 Развитие гидро-, ппевмопривода и гидродиваиичеекой передачи 1765 — 1787 гг. на заводах Урала и Алтая построил большие гидросиловые установки с диаметрами колес 16...19 м, что является свидетельством его больших знаний в области гидравлики.
В 50-х годах ХУ1П в. Л. Эйлер разработал теоретические основы действия реактивных гидравлических машин, которые имеют большое значение и в настоящее время. Термин «турбина» появился в 1827 г.„когда французский профессор Бурдсн создал центробежный водяной двигатель. Первые пригодные для практического использования турбины бьши разработаты во Франции в 1827 — 1834 гг., а в России — Н.Е. Сафоновым в 1837 г. Это бьши центробежные турбины с неподвижными направляющими лопатками, в которых вода двигалась от центра к периферии. В 1847 — 1849 гг.
английский инженер Френсис, работавший в США, создал центростремительную турбину с направляющим аппаратом, направив воду с периферии к центру. Направляющий аппарат с поворотными лопатками предложил Финк в 1880 г. В 1880 г. Пельтон изобрел ковшовую турбину, а регулирование расхода с помощью иглы запатентовал Добль в 1900 г. Чешский ученый Виктор Каплан в 1913 г. предложил поворот- но-лопастную турбину с двойным регулированием. В 1950 г. профессор В.С. Квятковский (СССР) предложил новый вид поворотно-лопастных турбин — диагональных (в Великобритании Дериаз - в 1952 г.).
Оригинальное усовершенствование водоподъемного устройства сделал в 1724 г. Джаком Леапольд (1674 — 1727), который присоединил к колесу изогнутые трубы. При повороте колеса вода двигалась к оси колеса. Течение воды в реке, в свою очередь, служило приводом для этой подъемной установки.
Особого внимания в конструкции заслуживала форма труб. Она поразительно напоминала форму лопастей современных центробежных насосов. В 1689 г. французский физик Д. Пален (1647 — 1714) изобрел центробежный насос для откачки грунтовых вод. Вначале насос имел двухлопастное колесо и кольцевой кожух постоянного сечения. Позднее Папен усовершенствовал свой насос: применил многолопастное колесо и спиральный кожух. В России широкому внедрении> насосов способствовал выдающийся русский гидротехник и изобретатель Козьма Дмитриевич Фролов (1726-1800). Работая с 1763 г. на Змеиногорском руднике (Алтай), он в 1787 г. создал подземную систему заводских гидросиловых установок для привода рудоподъемных машин и поршневых насосов, использовавшихся при откачке воды из шахт, подъема руды и промывке россыпей.
!63 Ч. 11. Гидропнеаиопривод Важнейшими достижениями в области создания теории насосов ознаменовался ХУ111 в. В 1738 г. действительный член 1'оссийской академии наук Д. Бернулли в труде «Гидродинамика, или Записки о силах и движении жидкости» дал свое знаменитое уравнение, которое и сегодня служит теоретической основой для решения многих вопросов гидромашиностроения. Л.П. Эйлер исследовал некоторые вопросы движения тел в жидкости, создал основополагающие труды в теории корабля и полученные результаты применил к практическим задачам судостроения н конструирования гидравлических машин. Анализ устройства и принципа действия центробежного насоса показал, что эта машина будет иметь достаточную эффективность при условии быстроходного привода. Центробежный насос был предложен Дени Папеном в 1689 г., затем независимо от него изобретен выдающимся руским инженером А.А. Саблуковым.
Однако только после появления первой паровой турбины, электродвигателя, а затем и газовой турбины центробежные насосы начали триумфальное шествие по всем отраслям машиностроения. Центробежные насосы применяются в водоснабжении, энергетике, системах топливоподачи, в различных технологических процессах. Они перекачивают жидкие среды — от жидкого водорода до расплавленного металла.
Диапазон подач колеблется от 10 см !с до 10 м'/с, давление — от 10' Н!м 10,01 МПа) до 5 10' Н/м' (50 МПа), частота вращения достигает 100 000 об/мин и более. Самый мощный насос в мире построен в штате Виргиния (США). Его наружный диаметр равен 6,5 м, частота вращения — всего 257 об!мнн, напор— 393 м, мощносп — 457 МВт. Однако при отсутствии мощных и быстроходных двигателей применение роторного и центробежного насосов оказалось неэффективным, что затормозило использование этих работ почти на 150 лет. Проблемы, выдвинутые в выдающихся работах русских ученых, не разрабатывались, однако, до середины Х1Х в. прежде всего потому, что уровень развития производительных сил в этот период был невысок. Промышленность была развита слабо. Практика в то время еще и не ставила перед гидромеханикой таких проблем, без решения которых она не могла бы развиваться дальше, удовлетворяясь различного рода эмпирическими зависимостями и коэффициентами.
На смену поршневым насосам прямого действия пришли центробежные, а затем пропеллерные насосы — более компактные, легкие и дешевые. Разе«гоне гидро-, пневмопривода и гидродинамической передачи В конце Х1Х в. применение центробежных насосов значительно расширилось в связи с изобретением электродвигателей.
Только в середине Х1Х столетия, в 1835 г., А.А. Саблуков изобрел центробежный насос. В 1889 г. русский инженер В.А. Пушечников сконструировал и изготовил первый глубоководный осевой насос, который работал на московском водопроводе, а в 1898 г. создал первый глубинный вертикальный центробежный насос артезианского типа. Начиная с 1912 г. Н.Е. Жуковский работает над теорией гребного винта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
