Содержание
Задача 6. 3
Задача 18. 4
Задача 21. 4
Задача 25. 5
Задача 30. 7
Задача 41. 7
Задача 6
Определить силу давления
на коническую крышку горизонтального цилиндрического сосуда диаметром D1=1500 мм, заполненного керосином. Показания манометра
в точке его присоединения – рм=0,4 МПА (абс). Показать на чертеже
вертикальную и горизонтальную составляющие, а также полную силу давления. а=900
мм.
Решение:
Пусть
жидкость заполняет резервуар, правая стенка которого представляет собой
цилиндрическую криволинейную поверхность АВС (рис.1), простирающуюся в
направлении читателя на ширину b. Восстановим из точки А перпендикуляр АО
к свободной поверхности жидкости. Объем жидкости в отсеке АОСВ находится
в равновесии. Это значит, что силы, действующие на поверхности выделенного
объема V, и силы веса взаимно уравновешиваются.
Рис. 1. Схема
гидростатического давления на цилиндрическую поверхность
На рисунке показаны
составляющие силы реакции стенки, которые равны по модулю, но противоположны по
направлению соответствующим компонентам силы давления
Cила
гидростатического давления на площадь Sx по направлению оси
Ох равна Fx = γ Sx hc , где
hc – высота центра давления, который находится по формуле
,
Площадь боковой
поверхности конуса 
.
Задача 18
При внезапном расширении
трубопровода скорость жидкости в трубе большего диаметра равна v=2,5 м/с. Отношение диаметров труб D:d=2. Определить h
– разность показаний
пьезометров.
Решение:
Задача 21
Определить время закрытия
задвижки, установленной на свободном конце стального водопровода диаметром d=150 мм, длиной l=1700 м, с толщиной стенки d=8 мм.,
при условии, чтобы максимальное повышение давления в водопроводе было в три
раза меньше, чем при мгновенном закрытии задвижки. Через сколько времени после
мгновенного закрытия задвижки повышение давления распространится до сечения,
находящегося на расстоянии 0,7l от задвижки?
Решение:
Скачок давления
распространяется по трубе в виде упругой волны со скоростью u , определяемой коэффициентом
сжимаемости и плотностью жидкости, модулем упругости материала трубы, ее
диаметром и толщиной стенок. Для потоков воды в стальных и чугунных трубах u ” 1000 – 1350 м/с.
Если жидкость плотности
? течет со
скоростью v в трубопроводе с площадью
сечения S , а задвижка в конце
трубопровода закрывается за время (?t)з , то возникает увеличение
давления ?p . В прилегающем к задвижке слое жидкости
длиной ?l= u(?t)з и массой m=?S?l, теряется импульс ?(mv)=?S?lv. По второму закону Ньютона
изменение импульса определяется величиной действующей силы: ?(mv)/ (?t)з = F. Учитывая, что F =?pS , получаем выражение для
величины скачка давления:
?p = ?vu (1)
Образующееся при гидравлическом ударе повышение давления
распространяется против течения жидкости и
через время L/u ( L -длина трубопровода) достигает резервуара. Здесь давление падает,
и это падение давления передается обратно к задвижке с той же скоростью в виде
отраженной волны (волна понижения). Циклы повышений и понижений давления
чередуются через промежутки времени 2L/u , пока этот колебательный процесс
не затухнет из-за потерь энергии на трение и деформацию стенок.
Формула
(1) действительна лишь в случае,
когда время закрытия запорного устройства сравнительно мало, т.е. при условии (?t)з << 2L/u. При (?t)з > 2L/u отраженная
волна придет к запорному устройству раньше, чем задвижка закроется, и повышение
давления в трубопроводе уменьшится. В этом случае величина скачка давления:
Задача 25
Определить
производительность и напор насоса (рабочую точку) при подаче воды в открытый
резервуар из колодца на геодезическую высоту Нг = 6 м по
трубопроводу диаметром d = 250 мм, длиной l = 40 м, с коэффициентом
гидравлического трения 
и эквивалентной
длинной местных сопротивлений lэкв = 8 м. Как изменится подача и напор
насоса, если частота вращения рабочего колеса уменьшится на 10%?
Решение:
Предположим, что насос
развивает максимальную производительность 
м3/с. При этом насос подает воду в открытый
резервуар из колодца на геодезическую высоту Нг = 6 м по
трубопроводу диаметром d = 250 мм, длиной l = 40 м, с коэффициентом
гидравлического трения и эквивалентной
длинной местных сопротивлений lэкв = 8 м.
Максимальный напор насоса
найдется из соотношения:
.
Выразим из этого
соотношения максимальный напор и подставим численные значения:
Н.
При расчете подачи и
напора насоса при изменении частоты вращения рабочего колеса на 10% следует
иметь в виду, что в таблице с исходными данными показана производительность
насоса с шагом 20%. Для ответа на поставленный вопрос составим таблицу с шагом
10%, исходя их предположения о линейной связи
Q – H на каждом 20%-ом отрезке; тогда
соответствующие коэффициенты в точках 0,1, 0,3, 0,5, 0,7, 0,9 найдутся как
средние арифметические соседних коэффициентов при Н:
|
|
0
|
0.1
|
0.2
|
0.3
|
0,4
|
0,5
|
0,6
|
0,7
|
0,8
|
0,9
|
|
|
H
|
|
1,025
|
1,05
|
1,025
|
|
1,44
|
1,88
|
1,265
|
0,65
|
0,5
|
0,35
|
Так, при снижении
производительности с максимальной до 90% напор увеличится и составит:
м.
Задача 30
Поршневой насос простого
действия с диаметром цилиндра D=90 мм, ходом поршня S=260 мм, числом двойных ходов в
минуту п=75 ход/мин и объемным КПД hоб=0,9 подает рабочую жидкость в
систему гидропровода. При какой частоте вращения должен работать включенный
параллельно шестеренный насос с начальным диаметром шестерен d=72 мм, шириной шестерен b=65 мм, числом зубьев z=30 и объемным КПД hоб=0,86, чтобы количество подаваемой
жидкости удвоилось?
Решение:
Давление на выходе: номинальное r1н=16МПа;
максимальное r1мак=20МПа
минимальная частота вращения вала nмин=16с-1
|
Показатели
|
НШ10-3
|
НШ32А-3
|
НШ50А-3
|
НШ71А-3
|
НШ100А-3
|
НШ250-3
|
|
Рабочий
объем, см3
|
10
|
31,5
|
48,8
|
69,7
|
98,8
|
250
|
|
Частота
вращения вала, с-1
номинальная
максимальная
|
40
50
|
32
40
|
32
40
|
25
32
|
25
32
|
25
32
|
|
Номинальная
объемная подача, дм3/мин
|
22,1
|
55,6
|
86,2
|
98,3
|
139,3
|
352,3
|
|
Номинальная
потребляемая мощность, кВт
|
6,9
|
17,6
|
26,2
|
30,5
|
43,2
|
106,2
|
|
КПД:
полный
объемный
|
0,85
0,92
|
0,83…0,87
0,92…0,97
|
0,82…0,9
0,92…0,97
|
0,85…0,88
0,94…0,98
|
0,85…0,88
0,94…0,98
|
0,85…0,88
0,94…0,98
|
|
Масса,
кГ
|
2,5
|
6,8
|
7,5
|
16,8
|
16,8
|
45,6
|
Примечание. Значения показателей
определены при работе насосов в номинальном режиме на минеральном масле
вязкостью 60…70 мм2/с.
Задача 41
Пользуясь
характеристикой, приведенной в задаче 40, определить активный диаметр и
построить внешнюю (моментальную) характеристику гидромуфты, предназначенной для
работы с асинхронным электродвигателем, развивающим максимальный крутящий
момент М=350 Н×м
при частоте вращения п=1100 об/мин.
Рабочая жидкость – минеральное масло.
Указание: Активный диаметр может быть определен по уравнению моментов совмещением
режимов гидромуфты при l=0 и электродвигателя при максимальном
моменте М.
Решение: