Принцип работы гидравлики на машине: виды насосов и другое оборудование

Основные физические свойства жидкости.

Жидкости отличаются от твердых тел тем, что характеризуются низкой когезией между частицами, что позволяет им течь и принимать форму емкости, в которой они находятся.

Жидкости делятся на два типа.

• Капельки воды
• Газообразный

Жидкие капли обладают высокой сжимаемостью (практически несжимаемы) и низким сопротивлением тангенциальным и осевым силам (низкое трение между частицами из-за низкой адгезии частиц).

К жидким каплям относятся вода, бензин, парафин, масло, ртуть и другие жидкости.

Газообразные жидкости характеризуются почти полным отсутствием сопротивления сжатию.

Основными физическими свойствами жидкостей являются.

Плотность — это отношение массы к объему, занимаемому этой массой. Плотность измеряется в Международной системе единиц в килограммах на кубический метр (кг/м3). Плотность воды составляет 1000 кг/м3.

Также используются обобщенные цифры: — кПа — 1 кПа = 103 Па; — МПа — 1 МПа = 106 Па.

Сжимаемость жидкости — это свойство ее объема изменяться при изменении давления. Эта характеристика описывается коэффициентом объемного сжатия или сжимаемости, который показывает относительное уменьшение объема жидкости при увеличении давления на единицу площади. В расчетах в области строительной гидравлики вода считается несжимаемой. В результате сжимаемость жидкостей обычно игнорируется при решении практических задач.

Обратная величина коэффициента сжатия называется модулем упругости. Единицей измерения модуля упругости является паскаль.

.

Тепловое расширение жидкости при нагревании описывается коэффициентом теплового расширения, который показывает относительное увеличение объема жидкости при изменении температуры на 1°C.

В отличие от других объектов, при нагревании воды от 0°C до 4°C ее объем уменьшается. При температуре 4°C вода имеет наибольшую плотность и удельный вес; при дальнейшем нагревании ее объем увеличивается. Однако, если температура и давление воды изменяются незначительно, то изменение этого коэффициента можно не учитывать при расчетах многих конструкций.

ž

Вязкость жидкости — это ее сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Сила, возникающая при скольжении слоя жидкости, известна как внутреннее трение, или вязкая сила.

Вязкие силы возникают, когда реальная жидкость находится в движении. Если жидкость находится в состоянии покоя, ее вязкость можно считать равной нулю. При повышении температуры вязкость жидкости быстро уменьшается; при изменении давления она остается почти постоянной.

Гидростатика

Гидродинамика — это отрасль гидравлики, которая занимается изучением законов равновесия жидкости и их практическим применением.

Гидростатическое давление

В неподвижной жидкости всегда существует давление, которое называется гидростатическим давлением.

Жидкость оказывает силу на дно и стенки сосуда. Частицы жидкости, расположенные в верхней части сосуда, подвергаются меньшему сжимающему усилию, чем частицы, расположенные в нижней части.

Гидростатическое давление обладает следующими свойствами

• Свойство 1. В любой точке жидкости гидростатическое давление перпендикулярно касательной к площади распределения и действует внутри данного объема жидкости.
• Свойство 2. Гидростатическое давление постоянно во всех направлениях.
• Свойство 3. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве.

Основное уравнение гидростатики

Рассмотрим обычный случай равновесия жидкости, когда на нее действует только одна массовая сила, а именно гравитация, и получим уравнение, которое находит гидростатическое давление в любой точке объема рассматриваемой жидкости. Это уравнение известно как фундаментальное уравнение механики жидкости.

Пусть жидкость находится в контейнере (рис. 8), на свободную поверхность которого действует давление P0. Найдем гидростатическое давление P в любой точке M, расположенной на глубине h. Определим фундаментальную горизонтальную поверхность dS вблизи точки M и построим на ней вертикальный цилиндрический объем жидкости высотой h. Рассмотрим приведенные выше условия равновесия для объема жидкости, отделенного от общей массы жидкости. Давление жидкости на нижнем конце цилиндра теперь будет внешним и направлено внутрь, т.е. вверх, по нормали к объему.

Запишем сумму сил, действующих на рассматриваемый объем, спроецированную на вертикальную ось.

PdS — P0dS — ρghdS = 0

Последний член уравнения — это вес жидкости, содержащейся в рассматриваемом вертикальном цилиндре объемом hdS. Давления вдоль боковой поверхности цилиндра не включены в уравнение, поскольку они перпендикулярны этой поверхности и их проекция на вертикальную ось равна нулю. Сократив выражение на dS и перекомбинировав члены, находим

P = P0 + ρgh = P0 + hγ

Полученное уравнение известно как фундаментальное уравнение гидростатики. С его помощью можно рассчитать давление в любой точке неподвижной жидкости. Как видно из уравнения, это давление состоит из двух величин: давления на внешней поверхности жидкости, P0, и давления, обусловленного весом верхнего слоя жидкости.

Измерение давления и гидростатическое давление

Рассмотрим закрытый сосуд, содержащий жидкость, с пьезометрами I и II, соединенными на любой глубине в точках A и B (рис. 9).

Давление на свободной поверхности в сосуде больше атмосферного давления. Трубка I открыта сверху, где давление на свободной поверхности равно атмосферному давлению. Трубка II запаяна сверху и эвакуирована, т.е. давление в ней равно нулю.

Чтобы определить продольные координаты точек A и B, проведем горизонтальную плоскость 0-0 на произвольной высоте. эта плоскость называется плоскостью сравнения. Расстояние по вертикали от плоскости сравнения до рассматриваемой точки называется геометрической высотой точки относительно плоскости сравнения и обозначается буквой. В качестве плоскости сравнения можно использовать землю или пол.

Поскольку давление на свободную поверхность жидкости в сосуде больше атмосферного давления, в напорных трубках I и II жидкость будет подниматься на высоту, превышающую уровень в сосуде. Будем использовать — высоту давления для обозначения высоты, на которую поднимается жидкость в открытом пьезометре, и — высоту опускания для обозначения высоты, на которую поднимается жидкость в закрытом пьезометре.

Высота давления является мерой давления в точке A, а уменьшенная высота является мерой абсолютного давления в точке B. Разница в высоте равна высоте столба жидкости, соответствующей атмосферному давлению, т.е. 10 м.п.ч.

Сумма геометрической высоты любой точки жидкости и высоты измерения давления будет постоянной величиной и называется напором измерения давления.

Уравнение 1

Однако

Уравнение 2

Подставляя это выражение в уравнение (1), получаем

Уравнение 3

Уравнение 4

это сумма приведенной высоты и геометрической высоты положения, называемая гидростатическим напором Hs.

тогда.

Уравнение 5

В уравнении (5) для любой точки в жидкости Hs = const, а не
зависит от местоположения этой точки. означает.

Уравнение 6

Таким образом, сколько бы пьезометров мы ни подключили, жидкость будет оседать на одном и том же уровне во всех них: плоскость, соответствующая уровню P-P, называется плоскостью пьезометра, а уровень H-H — плоскостью давления.

Пьезометрический напор является мерой удельной потенциальной энергии жидкости. Предположим, что вес частицы жидкости в точке А равен G. Запас позиционной потенциальной энергии по отношению к опорной плоскости O-O равен G*z, где -Z — высота плоскости O-O до точки А.

Под избыточным гидростатическим давлением Pm частица глубиной h может подняться на высоту hp, т.е. ее потенциальная энергия давления равна G*hp. Полная потенциальная энергия частицы жидкости массой G равна G*z + G*hp.

Удельная потенциальная энергия, то есть энергия на единицу веса частицы, будет равна G*z + G*hp соответственно.

Аналогично, гидростатический напор Hs является мерой удельной потенциальной энергии жидкости, но больше Hp — величина удельной потенциальной энергии атмосферного давления.

Вакуум. Закон Паскаля

Вакуум — это пространство без материи. В технике и прикладной физике вакуум определяется как среда, содержащая газ при давлении намного ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного падения λ молекул газа и характерными размерами d среды. Расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т.д. можно принять за d. В зависимости от соотношения λ/d различают низкий, средний и высокий вакуум.

Вакуумные демонстрационные насосы

Закон Паскаля в гидравлике был сформулирован французским ученым Блезом Паскалем следующим образом: давление, оказываемое на жидкость или газ, передается во всех направлениях в любую точку без каких-либо изменений.

Различные гидравлические устройства, такие как тормозные системы, гидравлические процессы и т.д., работают на основе закона Паскаля.

Закон Паскаля касается не давления в разных точках гидравлической системы, а возмущений давления в разных точках, поэтому закон справедлив и для жидкостей в гравитационном поле.

В случае движущейся несжимаемой жидкости можно условно говорить о справедливости закона Паскаля, поскольку добавление произвольной постоянной к давлению не меняет форму уравнений движения жидкости, но термин «закон Паскаля» в этом случае обычно не применяется. Для сжимаемых жидкостей (газов) закон Паскаля, как правило, несправедлив.

Виды движения жидкости

Типы движения жидкостей следующие.

Нестационарное — это движение жидкости, при котором все или часть ее характеристик изменяются со временем, т.е. давление и скорость зависят как от координат, так и от времени.

.

Примерами нестационарного движения являются опорожнение резервуаров и водохранилищ, движение воды на разных уровнях в реках (паводки, сброс воды с плотин) и т.д.

Сброс воды с плотины

Устойчивое движение жидкости не меняется во времени, когда давление и скорость являются просто функциями координат, но не зависят от времени. u = f1 (x, y, z); p = f2 (x, y, z).

Устойчивое движение подразделяется на.

• Униформа
• неоднородный

Равномерное движение характеризуется постоянными параметрами по всей длине потока. Примерами такого движения являются движение в трубах с постоянным поперечным сечением и в каналах правильной формы. Поле линий тока равномерного движения представляет собой семейство параллельных линий.

В неоднородном потоке скорость, глубина и площадь поперечного сечения потока изменяются по его длине. В неоднородном движении можно выделить так называемое плавно изменяющееся движение, характеризующееся малой кривизной линий тока и малыми углами расхождения линий тока.

В зависимости от причины возникновения движения и условий, при которых оно происходит, различают.

• движение под давлением
• Декомпрессионный поток

Поток высокого давления возникает в проточном канале со сплошными стенками со всех сторон. Давление во всех точках потока отличается от атмосферного и может быть выше или ниже последнего. Это движение вызывается разницей давления по длине потока, которая может создаваться водонапорными башнями, питательными резервуарами, насосными установками.

Движение без давления вызывается силой тяжести при наличии свободной поверхности жидкости. Примерами безнапорного движения являются движения в реках, каналах и трубах, когда поперечное сечение последних не полностью заполнено жидкостью.

Гидродинамика

Предметом гидродинамики является жидкость в движении. Как уже упоминалось ранее, все физико-химические процессы, составляющие основу промышленных технологических процессов, протекают в динамических условиях, в условиях текучей среды, находящейся в движении.

При течении жидкости под действием внешних сил сначала формируется поле скоростей микроскопических и макроскопических частиц, которое определяет формирование полей температуры и концентрации вещества и, в конечном итоге, скорость процесса.

На движущуюся жидкость, помимо сил, действующих на неподвижную жидкость (поверхностные силы гидростатического давления и массовые силы: внешние силы тяжести и инерции), действуют дополнительные инерционные силы и силы трения. В отличие от гидростатического давления, величина которого не зависит от направления поверхности, на которую оно действует, гидродинамическое давление, возникающее при движении, вследствие развития сдвиговых напряжений (касательных сил), различно в направлениях осей x, y и z.

Внутреннее трение, существующее между движущимися частицами жидкости (согласно закону внутреннего трения Ньютона), является основной причиной разницы скоростей в разных точках поперечного сечения канала. Природа этого различия обусловлена характером зависимости между давлением и скоростью частиц в любой точке потока. В этом и заключается основная задача теории механики жидкости.

Уравнение неразрывности потока.

Уравнение неразрывности отражает закон сохранения массы: количество втекающей жидкости равно количеству вытекающей жидкости. Например, на рисунке 15 скорости потока во входном и выходном сечениях напорной трубы равны. q1 = q2.

Схематическое изображение уравнения неразрывности потока.

Учитывая, что q = Vw, получаем уравнение для непрерывности потока.

V1 w1 = V2 w2

Если скорость выражена отсюда по направлению к выходному сечению.

V2 = V1 w1 /w2 .

Легко видеть, что она увеличивается обратно пропорционально площади живого сечения потока. Эта обратная зависимость между скоростью и площадью является важным результатом уравнения неразрывности и используется в инженерных приложениях, таких как пожаротушение, для получения мощных и дальнобойных водяных столбов.

Движение жидкости в ламинарном и турбулентном режимах.

Наблюдения показали, что в природе существует два различных типа движения жидкости.

• Стратифицированный упорядоченный поток — ламинарное движение, при котором слои жидкости скользят вместе, не смешиваясь друг с другом.
• Турбулентный неупорядоченный поток, в котором частицы жидкости движутся по сложным траекториям, а жидкость перемешивается.

Природа движения жидкости была установлена Рейнольдсом в 1883 году. Эксперименты показали, что переход от ламинарного к турбулентному движению происходит при определенной скорости (критической скорости), которая различна для труб разного диаметра: с увеличением диаметра увеличивается и критическая скорость, так как увеличивается вязкость жидкости. Рейнольдс вывел общие условия существования ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости. Согласно Рейнольдсу, характер движения жидкости зависит от безразмерного числа, которое учитывает основные факторы, определяющие это движение: среднюю скорость, диаметр трубы, плотность жидкости и абсолютную вязкость.

Это число известно как число Рейнольдса.

Число Рейнольдса для перехода от одного режима движения жидкости к другому известно как критическое значение.

При числе Рейнольдса
наблюдается ламинарное движение, в то время как при числе Рейнольдса
— турбулентный режим движения жидкости. Чаще всего критическим числом Рейнольдса считается .
Это значение соответствует переходу от турбулентного к ламинарному режиму движения жидкости.

При переходе от ламинарного к турбулентному режиму движения жидкости критическое число
гораздо больше. Критическое значение числа Рейнольдса увеличивается в сужающихся трубах и уменьшается в расширяющихся. Это объясняется тем, что по мере сужения площади поперечного сечения скорость частиц увеличивается, поэтому тенденция поперечного движения уменьшается.

Уравнение Бернулли.

Закон (уравнение) Бернулли является следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (т.е. без внутреннего трения) несжимаемой жидкости.

В этом контексте.

p — плотность жидкости.

v — скорость потока.

h — высота, на которой находится рассматриваемая жидкость.

p — давление в той точке пространства, где находится центр масс рассматриваемого элемента жидкости.

g — ускорение гравитационной силы.

Константа в правой части обычно называется полным давлением, которое, как правило, зависит от линии тока.

Размерность всех терминов — это единицы энергии на единицу объема жидкости. Смысл первого и второго членов интеграла Бернулли — кинетическая и потенциальная энергия на единицу объема жидкости. Следует отметить, что происхождение третьего члена является работой силы давления и не представляет собой какой-либо конкретный вид запаса энергии.

Соотношение, близкое к приведенному выше, было получено в 1739 году Даниэлем Бернулли, чье имя обычно связывают с интегралом Бернулли. Современная форма интеграла была выведена Иоганном Бернулли около 1740 года.

Даниил Бернулли, 1700-82 гг.

Бернулли Иоганн 1667-1748 гг.

Свойства газов и жидкостей

Принципы гидравлики

Давление и поток

Значение давления и расхода.

При изучении основ гидравлики используются такие термины, как сила, передача энергии, работа и мощность. Эти термины используются при описании взаимосвязи между давлением и расходом. Давление и расход — два основных параметра любой гидравлической системы. Давление и расход взаимосвязаны, но выполняют разные задачи.

Давление сжимает или прикладывает силу. Текучие объекты

Водяной пистолет — хороший пример применения давления и потока. Нажатие на курок создает давление внутри водяного пистолета. Вода под давлением вылетает из водяной пушки и тем самым сбивает деревянного солдата с ног.

Что такое давление?

Давайте подумаем, как и почему создается давление. Жидкие среды (газы и жидкости) имеют тенденцию расширяться или оказывать сопротивление при сжатии. Это давление.

Когда вы накачиваете шину, вы создаете в ней давление. Вы накачиваете в шину все больше и больше воздуха. Когда шина полностью заполнена воздухом, давление подается на стенки шины. Это давление является одним из видов давления. Воздух является газом и может быть сжат.

Сжатый воздух давит на стенку шины в каждой точке с одинаковой силой. Жидкости являются одним из видов давления. Основное отличие заключается в том, что газ может быть сжат в большей степени, чем жидкость.

Сила одинакова в каждой точке

Давление в сжатой жидкости

Если надавить на сжатую жидкость, создается давление. Как и в шине, в бочке с жидкостью давление одинаково в каждой точке. Если давление будет слишком высоким, ствол сломается. Ствол сломается в слабой точке, а не в точке повышенного давления, потому что давление одинаково в каждой точке.

Жидкости трудно поддаются сжатию

Сжатые жидкости удобны для передачи силы по трубам, на поворотах, вверх и вниз, поскольку жидкости почти несжимаемы и передача энергии происходит мгновенно. Во многих гидравлических системах используется масло. Это объясняется тем, что нефть практически несжимаема. В то же время масло можно использовать в качестве смазки.

Закон Паскаля: давление, приложенное к поверхности жидкости или газа внешней силой, передается во всех направлениях без изменения.

Отношение давления к силе

Согласно закону Паскаля, зависимость между давлением и силой выражается формулой: P = F/A

F = P x S, где P — давление, F — сила, а S — площадь.

Гидравлический рычаг

В модели поршня, показанной ниже, можно увидеть пример уравновешивания различных грузов с помощью гидравлического рычага. Из этого примера Паскаль установил, что малый вес маленького поршня уравновешивается большим весом большого поршня, доказав, что площадь поршня пропорциональна весу. Это открытие о сжимаемых жидкостях. Это возможно потому, что жидкость всегда действует с равной силой на равную площадь.

На схеме показаны груз весом 2 кг и груз весом 100 кг. Груз массой 2 кг имеет площадь 1 см2 и давление 2 кг/см2. Другой груз весом 100 кг имеет площадь 50 см2 и давление 2 кг/см2. Эти два веса уравновешивают друг друга.

Механический рычаг

Такую же ситуацию можно проиллюстрировать с помощью механического рычага на схеме ниже.

Кошка весом 1 кг сидит на расстоянии 5 м от центра тяжести рычага, а кошка весом 5 кг балансирует на расстоянии 1 м от центра тяжести, аналогично весу в примере с гидравлическим рычагом.

Преобразование энергии гидравлического рычага

Важно помнить, что жидкости действуют с одинаковой силой на равные площади. Это очень помогает при работе.

Имеется два цилиндра одинакового размера. Когда мы толкаем один поршень с силой 10 кг, другой поршень также сжимается на 10 кг, потому что площадь каждого цилиндра одинакова. Если площадь разная, то и сила тоже разная.

Например, предположим, что большой поршень имеет площадь 50 см2 , а маленький поршень — 1 см2. Согласно закону Паскаля, сила 10 кг на маленьком поршне вызывает воздействие 10 кг/см2 на каждую часть большого клапана, поэтому на большой поршень действует общая сила 500 кг. Мы используем давление для передачи энергии и выполнения работы.

В передаче энергии есть важный момент, а именно соотношение между силой и расстоянием. Помните, что на механическом рычаге маленький груз требует длинного рычага для достижения равновесия. Для того чтобы поднять кошку весом 5 кг на 10 см, кошка весом 1 кг должна опустить рычаг на 50 см.

Давайте снова посмотрим на чертеж гидравлического рычага и подумаем о ходе маленького поршня. Маленький поршень с ходом 50 см должен переместить достаточно жидкости, чтобы сдвинуть поршень большого цилиндра на 1 см.

Поток создает движение

Что такое поток?

При наличии разницы давления между двумя точками в гидравлической системе жидкость стремится двигаться к точке с наименьшим давлением. Это движение жидкости называется потоком. Вот несколько примеров потока. Вода в городском водопроводе создает давление. Когда мы поворачиваем кран, вода вытекает из него из-за разницы в давлении.

В гидравлической системе насос создает поток. Этот насос создает непрерывный поток воды.

Скорость и расход

Для измерения расхода используются скорость и скорость потока.

Скорость указывает на расстояние, пройденное за определенное время.

Величина потока показывает, сколько жидкости протекает через точку за определенное время.

Расход и скорость потока

В гидравлическом цилиндре легко рассмотреть взаимосвязь между расходом и скоростью.

Во-первых, мы должны учитывать объем цилиндра, который мы заполняем, а затем учитывать ход поршня.

На рисунке показаны цилиндр A длиной 2 м и объемом 10 л и цилиндр B длиной 1 м и объемом 10 л. Если в каждый цилиндр ежеминутно закачивать 10 л жидкости, то полный ход обоих поршней будет длиться 1 минуту. Поршень цилиндра A движется в два раза быстрее, чем цилиндра B.

Это означает, что цилиндр с меньшим диаметром движется быстрее, чем цилиндр с большим диаметром, при одинаковой скорости потока в обоих цилиндрах. Если мы увеличим скорость потока до 20 литров в минуту, скорость заполнения обеих камер цилиндра удвоится. Скорость поршня должна увеличиться в два раза.

Таким образом, у нас есть два способа увеличить скорость вращения цилиндра. Один — за счет уменьшения размера цилиндра, а другой — за счет увеличения скорости потока. Поэтому скорость цилиндра пропорциональна скорости потока и обратно пропорциональна площади поршня.

Давление и сила

Повышение давления

Если вы надавите на пробку в бочке, наполненной жидкостью, то пробка будет удерживаться жидкостью. Под давлением жидкость прижимается к стенке ствола. Если давление слишком велико, ствол может лопнуть.

Путь наименьшего сопротивления

Если есть бочка с водой и отверстие. Когда крышка нажимается сверху, вода вытекает через отверстие. Вода проходит через отверстие, не встречая сопротивления.

Когда к сжатой жидкости прикладывается сила, жидкость ищет путь наименьшего сопротивления.

Выход из строя оборудования, использующего давление масла.

Описанные выше свойства гидравлических жидкостей полезны для гидравлического оборудования, но они также являются источником многих отказов.

Например, если в системе есть утечка, гидравлическая жидкость будет течь, поскольку она ищет путь наименьшего сопротивления. Типичными примерами являются неплотные соединения и уплотнения. 

Естественное давление

Мы говорили о давлении и потоке, но часто давление существует без потока. Гравитация — хороший пример этого. Как показано на рисунке, если у нас есть три взаимосвязанных резервуара на разных уровнях, гравитация удерживает жидкость во всех резервуарах на одном уровне. Это еще один принцип, который мы можем использовать в гидравлических системах.

Значение гравитации

Гравитация вытягивает масло из бака в насос. Масло не всасывается насосом, как считают многие. Насос используется для перекачки масла. Всасывание насоса в общепринятом понимании означает, что нефть поступает в насос под действием силы тяжести.

Масло течет к насосу под действием силы тяжести.

Масса жидкости

Масса жидкости также создает давление. Дайвер, который ныряет в море, скажет, что он не может нырнуть слишком глубоко. Если водолаз погрузится слишком глубоко, давление раздавит его насмерть. Это давление создается массой воды. Таким образом, мы имеем давление, которое возникает независимо от веса воды.

Увеличение давления пропорционально глубине, и мы можем точно измерить давление на глубине. На этой диаграмме показан квадратный столб воды высотой 10 метров. Известно, что кубический метр воды весит 1000 кг. Если мы увеличим высоту колонны до 10 метров, то вес колонны увеличится до 10 000 кг. В нижней части образуется квадратный метр пространства. Таким образом, вес распределяется на площади 10 000 квадратных сантиметров. Если разделить 10 000 кг на 10 000 квадратных сантиметров, то давление на этой глубине составит 1 кг на квадратный сантиметр.

Что вызывает такое давление?

Когда давление смешивается с потоком, мы получаем гидравлическую силу. Давление в гидравлической системе откуда-то берется. Часть его является результатом гравитации, но остальное давление откуда-то берется.

Нагрузка создает давление. Большая часть давления исходит от нагрузки. На приведенной ниже схеме насос непрерывно снабжается маслом. Масло из насоса проходит путь наименьшего сопротивления и по шлангу поступает в рабочий цилиндр. Вес груза создает давление, величина которого зависит от веса.

Давление в параллельных соединениях

В гидравлической системе есть три различных груза, соединенных параллельно, как показано на схеме ниже. Нефть, как обычно, ищет путь наименьшего сопротивления. Это означает, что самый легкий груз поднимется первым, так как цилиндр B требует наименьшего давления. По мере подъема самого легкого груза давление будет увеличиваться, чтобы поднять следующий, самый тяжелый из оставшихся грузов. Когда цилиндр A достигнет конца своего хода, давление увеличится, чтобы поднять самый тяжелый груз. Цилиндр C будет поднят последним.

Гидравлическая сила рабочего цилиндра

(1) Закон инерции гласит, что объекту свойственно оставаться в состоянии покоя или линейного равномерного движения до тех пор, пока какая-либо внешняя сила не заставит его выйти из этого состояния. Это одна из причин, по которой поршень, работающий в цилиндре, не движется.

(2) Еще одна причина, по которой поршень не движется, заключается в том, что на него приходится вес.

(3) Когда насос начинает давить на цилиндр, рабочий поршень и груз создают сопротивление потоку масла. В результате давление повышается. Когда это давление преодолевает сопротивление поршня, поршень начинает двигаться.

(4) Когда поршень движется вверх, он поднимает груз. Давление и расход используются вместе для выполнения работы. Это гидравлическая сила в действии.

Поток

Ранее мы говорили, что поток совершает работу и перемещает объект. Есть еще один ключевой момент — как расход связан с работой гидравлической системы?

Ответ заключается в том, что скорость потока постоянна.

Увеличение скорости потока приводит к высоким скоростям

Многие считают, что повышение давления увеличивает скорость, но это не так. Вы не можете заставить поршень двигаться быстрее, увеличив давление. Если вы хотите, чтобы поршень двигался быстрее, вам нужно увеличить скорость потока.

При закрытии предохранительного клапана скорость не увеличивается

Вот распространенная ошибка при поиске неисправностей в гидравлических системах. Когда скорость вращения цилиндра падает, некоторые механики сразу переходят к предохранительному клапану, так как думают, что повышение давления увеличит рабочую скорость. Они пытаются уменьшить настройку предохранительного клапана, который должен увеличить максимальное давление в системе. Это изменение не приведет к увеличению рабочей скорости. Предохранительные клапаны используются для защиты гидравлической системы от избыточного давления. Настройка давления никогда не должна быть выше настройки давления. Вместо того чтобы увеличивать настройку давления, механик должен искать другие причины неисправности системы.

Что такое гидравлическая система?

Сегодня гидравлические системы используются в самых разных областях, от небольших сборочных процессов до сложных применений в металлургии и тяжелом машиностроении. Гидравлические системы позволяют операторам выполнять основные работы, поднимая тяжелые грузы, вращая валы, сверля точные отверстия и многое другое. Применяя закон Паскаля с минимальными механическими связями.

Гидравлический пресс обычно состоит из пары цилиндров, соединенных вместе и заполненных гидравлической жидкостью, например, маслом. Эти цилиндры имеют по два поршня с каждой стороны, которые находятся в контакте с жидкостью. Когда к меньшей части поршня прикладывается определенное усилие, давление передается по всей жидкости. Согласно упомянутому закону Паскаля, давление будет таким же, как давление, оказываемое жидкостью в другом поршне. Для получения дополнительной информации о том, как работают гидравлические цилиндры, прочитайте эту статью «Как работают гидравлические цилиндры».

Гидравлическая жидкость создает мощность за счет прокачки жидкости через гидравлическую систему. Жидкость поступает в цилиндр через клапан, и гидравлическая энергия преобразует ее в механическую. Клапан помогает направить поток жидкости и, при необходимости, снизить давление.

Принцип закона Паскаля реализуется в гидравлических системах путем использования гидравлической жидкости для передачи энергии из одной точки в другую. Поскольку гидравлическая жидкость практически несжимаема, она может мгновенно передавать энергию.

Британский механик Джозеф Брамах применил принципы закона Паскаля для разработки первого гидравлического пресса в начале промышленной революции. Его гидравлический пресс, часто называемый прессом Брамаха, был запатентован в 1795 году. Он рассчитал, что давление, приложенное к маленькой области, преобразуется в большую силу в большей области на другой стороне цилиндра.
Как работает гидравлическая система?

Гидравлическая система состоит из пяти элементов: исполнительного механизма, насоса, регулирующего клапана, двигателя и нагрузки. Двигатель может быть электродвигателем или любым другим типом двигателя. Роль насоса в основном заключается в повышении давления.

Гидравлическая система состоит из нескольких компонентов.

• Электромотор приводит в действие гидравлический насос.
• В масляном баке содержится гидравлическая жидкость.
• Гидравлический насос проталкивает жидкость через систему и преобразует механическую энергию в гидравлическую.
• Клапаны регулируют поток жидкости и при необходимости сбрасывают избыточное давление из системы.
• Гидравлические цилиндры преобразуют энергию в механическую энергию.

Существует множество типов гидравлических систем, но каждая из них содержит те же основные компоненты, что и перечисленные. Все они предназначены для выполнения одной и той же работы.
Наука, лежащая в основе гидравлики — принцип Паскаля

Наука, лежащая в основе гидравлики, известна как принцип Паскаля. Закон Паскаля или принцип Паскаля является основой механики жидкости и был открыт Блезом Паскалем в 1653 году и опубликован в 1663 году. Согласно ему, если давление в гидравлической жидкости изменяется в любой точке, энергия передается одинаково во всех направлениях. Когда вы оказываете давление на жидкость, она равномерно распределяется и не уменьшается. Давление жидкости будет одинаковым во всех частях емкости.

Согласно принципу Паскаля, давление равно силе, деленной на площадь, на которую она действует. Давление, используемое на поршень, вызывает такое же увеличение давления на второй поршень в системе. Если площадь в 10 раз больше площади первого, то сила, действующая на второй поршень, будет в 10 раз больше, даже если давление во всем цилиндре одинаково. Гидравлические машины производят этот эффект в соответствии с принципом Паскаля. Паскаль также установил, что давление неподвижной жидкости в данной точке одинаково во всех направлениях; оно будет одинаковым во всех плоскостях, проходящих через данную точку.
Уравнение для закона Паскаля

Паскаль обнаружил, что изменение давления, приложенное к замкнутой жидкости, неизменно передается в каждую точку жидкости и на стенки сосуда, в котором она находится. Это происходит потому, что жидкость практически несжимаема, поэтому при возникновении давления жидкость передает давление вертикально во всех направлениях на стенки емкости, в которой она находится.

В этом примере к маленькому поршню площадью A1 прикладывается небольшая сила F1, что приводит к увеличению давления в жидкости. Согласно принципу Паскаля, это увеличение передается на больший поршень с площадью A2, прикладывая к нему силу F2.

Давление — это сила, приложенная к поверхности, потому что.

P = F/A >> F — приложенная сила, A — площадь поверхности.

Контейнер имеет два поршня с каждой стороны, и контейнер заполнен несжимаемой жидкостью, например, маслом. Приложенное давление будет одинаковым и не будет уменьшаться во всех частях системы.

Для первого поршня сила F1 прикладывается к площади поверхности A1. Тогда давление P1 составляет.

P1 = F1/A1

Давление P2 во втором цилиндре с силой F2 и площадью поверхности A2 составит.

P2 = F2/A2

Когда вы прикладываете давление (P1) в первом поршне, оно будет передаваться равномерно через закрытую несжимаемую жидкость.

P1=P2

Гидравлическая система позволяет поднимать тяжелые предметы с очень небольшим усилием. Это уравнение показывает, что сила F2 во много раз больше силы F1 и равна отношению площадей двух поршней. Обратите внимание, что давления в двух поршнях по существу одинаковы, и поскольку они имеют разные площади, силы также различны, в результате чего отношение их величин равно отношению их площадей.

Блез Паскаль – Отец гидравлики

Блез Паскаль (1623-1662) — французский математик, физик, изобретатель, философ и писатель. На протяжении всей своей жизни он вносил значительный вклад в науку. Паскаль внес вклад в развитие нескольких областей физики, прежде всего механики жидкости и давления. В честь его научного вклада единица измерения давления (СИ) и закон Паскаля названы в его честь. Паскаль разработал теорию вероятности, которая стала его самым влиятельным вкладом в математику.

Одно из самых известных его утверждений известно как принцип Паскаля, который гласит, что…

«Давление, оказываемое на жидкость, несжимаемую и равновесную в сосуде с недеформируемыми стенками, передается с одинаковой интенсивностью во всех направлениях и во всех точках жидкости».

Его работа в области механики жидкости и гидродинамики была посвящена принципам работы гидравлических жидкостей. Он изобрел гидравлический пресс, умножающий давление воды и шприц, используемый в медицине. Он доказал, что гидростатическое давление зависит не от веса жидкости, а от разницы в высоте.

Сфера использования

1. Промышленность. Очень часто гидравлика используется в конструкции станков, оборудования для перемещения продукции, погрузки/разгрузки продукции и т.д.
2. В аэрокосмической промышленности. Подобные системы используются для различных типов контрольного оборудования и шасси.
3. В сельском хозяйстве. Гидравлические системы часто используются для управления тракторами и навесным оборудованием бульдозеров.
4. В сфере грузоперевозок. Транспортные средства часто оснащаются гидравлическими тормозами.
5. В морской технике. Здесь гидравлические системы используются в конструкции рулевых механизмов и турбин.

Принцип действия

Любая гидравлическая система работает по принципу обычного жидкостного рычага. Жидкость (в основном масло), подаваемая внутрь шарнира, создает одинаковое давление во всех точках шарнира. Это означает, что если вы приложите небольшую силу к маленькой области, вы можете приложить большую силу к большой области.

Приведем пример работы такого устройства на примере, например, гидравлической тормозной системы автомобиля. Конструкция последнего довольно проста. Его схема состоит из нескольких цилиндров (главный тормозной цилиндр, заполненный жидкостью, и вспомогательный). Все эти элементы соединены между собой трубами. Когда водитель нажимает на педаль, поршень в главном цилиндре перемещается. Это позволяет жидкости проходить через трубы и попадать во вспомогательный цилиндр рядом с колесом. Это инициирует торможение.

Устройство промышленных систем

Как видите, гидравлический тормоз автомобиля представляет собой довольно простую конструкцию. В промышленных машинах и оборудовании используются более сложные жидкостные тормозные системы. Их конструкция может быть различной (в зависимости от применения). Однако базовая схема гидравлической системы для промышленного оборудования всегда одинакова. Обычно он состоит из следующего.

1. Резервуар для жидкости с горловиной и вентилятором.
2. Фильтр грубой очистки. Этот элемент служит для удаления различных механических примесей из жидкости, поступающей в систему.
3. Насос.
4. Система управления.
5. Насос, система управления.
6. Два фильтра тонкой очистки (в подающей и обратной линиях).
7. Распределительный клапан. Этот элемент конструкции используется для направления жидкости в цилиндр или обратно в бак.
8. Обратные клапаны и предохранительные клапаны.

Работа промышленных гидравлических систем также основана на принципе гидравлического рычага. Под действием силы тяжести масло в таких системах поступает в насос. Затем она направляется к реверсивному клапану, а затем к поршню цилиндра, создавая давление. Насосы в этих системах предназначены не для всасывания жидкости, а просто для перемещения ее объема. Это означает, что давление создается не за счет его работы, а за счет нагрузки на поршень. Ниже приведена схема гидравлической системы.

Рабочий гидроцилиндр

Функция заключается в преобразовании гидравлической энергии в механическое движение инструмента. Он может направлять жидкость в одном направлении (одностороннего действия) или в двух направлениях (двустороннего действия). Вариантами исполнения являются поршневые цилиндры одностороннего и двустороннего действия, плунжерные цилиндры, плунжеры одностороннего и двустороннего действия, телескопические плунжеры, а также специальные конструкции для конкретных применений. Цилиндры могут быть оснащены линейным энкодером для обеспечения обратной связи для пропорционального или сервоуправления.

Сложные машины заменяются гидравлическими моторами, рабочая жидкость которых отводится от насоса и возвращается в сеть. В зависимости от требуемых характеристик гидравлическая система комплектуется поршневыми, редукторными и поршневыми гидромоторами.

Гидрораспределители – дросселирующие и направляющие

Эти компоненты используются для управления потоком. По конструкции они подразделяются на золотниковые, вентильные и крановые клапаны. Благодаря своей простоте, надежности и небольшим размерам распределители предпочтительны в промышленных гидравлических системах.

Клапаны

Это механизмы, используемые для управления пуском, остановкой и расходом. Сервоклапаны и пропорциональные клапаны перемещаются пропорционально подаваемому электрическому сигналу.

Насосы

Эти устройства служат для преобразования механической энергии привода в давление рабочей жидкости и используются в различных типах гидравлических систем. Для тяжелых промышленных применений наиболее распространенным типом является модель с динамическим сопротивлением инерции. Эти насосы обязательно, в зависимости от конструкции — поршневые (аксиальные и радиальные), шестеренчатые, лопастные. Производители также предлагают специальные конструкции, например, с пониженным уровнем пульсаций и шума, чтобы выдерживать сложные условия эксплуатации.

В зависимости от функции, гидравлические системы поставляются с различными дополнительными компонентами: фильтрами (напорный, всасывающий, воздушный, сливной), разгрузочными устройствами, зарядными устройствами, крепежными деталями, охладителями масла и другими.

Схема самого простого варианта гидросистемы

На схеме показан один из самых простых типов промышленных гидравлических систем, как показано ниже.

• Гидравлическая жидкость поступает из бака B через насос H к распределительному клапану P.
• В зависимости от положения распределителя (1, 2, нейтраль) гидравлическая жидкость поступает в соответствующую камеру гидроцилиндра и перемещает его в нужном направлении. В нейтральном положении цилиндр неподвижен.
• Ниже по течению от Н-насоса находится клапан сброса давления, который настроен на определенное давление. Когда срабатывает предохранительный клапан, гидравлическое масло возвращается в бак B, минуя остальную часть системы.

Варианты управления гидросистемами

Для данного привода выбирается наиболее удобный способ управления гидравлической системой в зависимости от рабочего цикла гидросистемы, параметров нагрузки и количества управляемых клапанов.

• машина. Его преимущество заключается в том, что управляемая гидравлическая система обладает высокой эффективностью, поскольку избыток жидкости не сбрасывается через напорные клапаны во время рабочего хода. Однако этот метод управления не подходит для систем механизмов, работающих при переменной или непостоянной нагрузке.
• Управление дроссельной заслонкой. Этот тип управления подходит для гидравлических систем, в которых несколько гидромоторов приводятся в действие не синхронно. Обычно он используется в системах с насосами постоянной производительности.
• Управление дроссельной заслонкой. Он обеспечивает высокую эффективность системы и возможность управления несколькими гидромоторами.

Расчет гидравлической системы

При разработке такого устройства учитывается множество самых разных факторов. К ним относятся кинематическая вязкость, плотность, длина линии, диаметр поршневого штока и т.д.

Основной целью расчета агрегата (например, гидравлической системы) в основном является определение.

• Характеристики насоса.
• Значение хода стебля.
• Рабочее давление.
• Гидравлические характеристики трубопроводов, других компонентов и всей системы.

Расчет гидравлической системы производится с использованием ряда различных арифметических формул.

Типы гидравлических систем

Все эти устройства можно разделить на две основные категории: открытые и закрытые.

Открытые конструкции характерны для устройств малой и средней мощности. В более сложных системах закрытого типа вместо цилиндра используется гидравлический мотор. Жидкость поступает из насоса в двигатель, а затем обратно в главную трубу.

Классификация гидравлических машин

Гидравлические машины классифицируются по принципу действия и внутренней конструкции.

В основном они подразделяются на насосы и гидромоторы.

Насосы делятся на следующие группы.

1. Машины с принудительным перемещением — это машины, рабочий процесс которых носит прерывистый характер. Перекачиваемая жидкость поступает в резервуар через впускной трубопровод. После заполнения бака впускная труба закрывается золотником, и давление в баке нарастает (поршень). Выпускная труба открывается, и жидкость покидает резервуар. Золотник закрыт, а впускной трубопровод открыт. Процесс повторяется.
2. Динамические — в этих агрегатах рабочая часть насоса взаимодействует с жидкостью в проточном канале. Дополнительная кинетическая энергия придается потоку с помощью лопастей, винтов или вихрей.

Гидравлические моторы классифицируются как.

1. Активный — в этом случае поток распределяется по нескольким каналам, по которым на высокой скорости ударяют определенные лопасти турбины.
2. Реактивные двигатели — это устройства, в которых рабочее колесо, вырабатывающее энергию, находится в сосуде с высоким давлением в воде.

Однако с гидравлическими моторами большинство моделей можно использовать в качестве насосов. Поэтому их можно разделить на объемные и динамические насосы.

Принцип работы и устройство гидромашин

С развитием технологий выпускается все больше новых машин для использования в различных отраслях промышленности.

Лопастные насосы

Этот тип гидравлических машин широко используется для водоснабжения. Эти насосы можно разделить на осевые и центробежные.

Принцип работы центробежного насоса заключается в перемещении жидкости от центра колеса к периферии под действием центробежной силы.

Насос состоит из следующих частей: основного рабочего колеса с расположенными на нем лопастями, впускного и выпускного патрубков и двигателя. Рабочее колесо состоит из двух круглых пластин с изогнутыми лопастями посередине и подвижного вала двигателя. Колесо вращается в направлении, противоположном направлению вращения изогнутых лопастей. Таким образом, двигатель передает механическую энергию обслуживающему персоналу.

Насос с осевым потоком означает, что жидкость течет только вдоль оси движения, на которой может быть расположено несколько рабочих колес с лопастями. Они расположены таким образом, что вода поднимается вокруг оси до нужной отметки. В некоторых моделях этих насосов положение рабочих колес можно регулировать.

Поршневой насос

Принцип действия заключается в вытеснении жидкости в рабочей камере с помощью подвижных частей насоса. Рабочая камера представляет собой сосуд с входом и выходом жидкости. Существует три типа подвижных частей: мембрана, плунжер и поршень.

Поршневой насос состоит из шатуна, кривошипа, поршня, цилиндра (тела движения вытесняющей поверхности), подпружиненного клапана (впускного и выпускного) и резервуара.

Поршневые модели являются наиболее распространенным вытеснителем. Они могут иметь один, два или более поршней.

Поршневая модель используется реже из-за высокой цены (это связано с высокой точностью изготовления подвижных элементов). Однако они имеют преимущество перед поршневыми насосами в том, что могут создавать высокое давление.

Плунжерный насос состоит из: приводного вала, кулачка, плунжера, корпуса (цилиндра), пружины (плунжер движется вперед через кулачок и назад через пружину).

Самым простым и дешевым решением является мембранный насос. Из-за простой конструкции он не подходит для применения в условиях повышенного давления. Мембрана не рассчитана на высокие нагрузки с точки зрения прочности. Он состоит из поршневого штока, гибкой мембраны, корпуса и двух клапанов (впускного и выпускного).

Шестерные насосы

Это машины роторного типа. Они являются самым популярным типом нерегулируемых насосов. Такое устройство состоит из: двух одинаковых шестеренок (которые входят в зацепление друг с другом), N-образной камеры (в которой находятся шестеренки) и сепаратора.

Принцип работы: После запуска двигателя, из всасывающего отверстия вода попадает в область между зубьями. Дальнейшее вращение шестерни перемещает жидкость к поверхности выгрузки. Там, где шестерни входят в зацепление, жидкость перемещается и под действием давления поступает к другим рабочим частям насоса.

Преимуществами этого типа гидравлического пресса являются.

• Простая конструкция.
• Низкая стоимость.
• Высокая надежность.
• Высокая скорость.

Недостатки.

• Фиксированное смещение, без возможности регулировки.
• Конструкция не предназначена для работы под высоким давлением.
• Неравномерное перемещение жидкости, как в случае гидравлических прессов со скользящими плитами.

Шестеренные насосы внешнего зацепления

Основным элементом насоса с внешним зацеплением являются две синхронизированные шестерни. При вращении шестерен жидкость передается по зубьям со стороны всасывания на сторону нагнетания. Хитрость» заключается в том, что при вращении шестерен поверхности зубьев A1 и A2 вытесняют больше жидкости, чем может быть размещено в пространстве, освобождаемом зубьями B1 и B2. Разница в объеме создает давление нагнетания, которое создается в зоне нагнетания. К сожалению, эта простота не совсем безобидна — в местах зацепления шестерен (когда насос работает) образуются области так называемого «захваченного» объема, что приводит к пульсациям давления на выходе насоса.

Проблема пульсации частично решается применением конических и шевронных зубьев, но у них есть свои сложности: косозубая конструкция имеет дополнительную осевую силу, что требует включения в эту конструкцию упорных подшипников (что дороже, сложнее и сокращает срок службы). Этот недостаток компенсируется в насосах с зубьями Chevron, в которых осевое усилие компенсируется формой зубьев, а уровень пульсаций на выходе такой же низкий, как и в предыдущем решении.

Подведем итоги.

Шестеренные насосы с внешним зацеплением хороши тем, что они просты, дешевы и работают со скоростью до 5000 об/мин. Их недостатками являются пульсирующее давление на выходе, низкая эффективность и относительно низкое давление на выходе.

Шестеренные насосы внутреннего зацепления

Стоит отметить, что отличительной особенностью этих агрегатов является значительно меньшая пульсация и, соответственно, низкий уровень шума. Эта характеристика делает шестеренные насосы с внутренним зацеплением очень удобными для использования в стационарных машинах и механизмах, а также в оборудовании, работающем в ограниченном пространстве.

Принцип работы шестеренного насоса с внутренним зацеплением в основном такой же, как и у шестеренного насоса с внутренним зацеплением, и представляет собой перенос жидкости со стороны всасывания на сторону нагнетания в полости шестерни, но в этом насосе зубья шестерни не входят в зацепление.

В зоне всасывания вращение шестерни увеличивает объем камеры, образованной зубьями и серповидным сепаратором. Рабочая камера заполняется жидкостью, и жидкость перемещается в зону выгрузки, так как вращение шестерен уменьшает объем камеры в этой зоне.

В результате мы получаем простую, малошумную и недорогую конструкцию насоса со скоростью вращения до 4000 об/мин. Однако эта конструкция имеет и недостатки внешнего шестеренчатого насоса — КПД и рабочее давление остаются низкими.

Героторные насосы

Это вариант внутреннего шестеренчатого насоса, но в отличие от стандартного решения, здесь нет …….. В отличие от классической конструкции шестеренчатого насоса с внутренним зацеплением, он не имеет серповидного всасывающего/нагнетательного дивертора со специальным профилем.

Профиль имеет такую форму, что шестерни находятся в постоянном контакте в области, где должен располагаться серповидный сепаратор. В остальном насос работает ничем не отличается от обычных насосов (с внутренними шестернями).

Насос обычно используется для низких давлений (до 150 бар) и объемов подачи до 120 л/мин. А скорость вращения составляет максимум 1500 об/мин.

Преимуществами являются простота и низкий уровень шума, а недостатками — опять же эффективность и относительно высокая стоимость.

Роторно-винтовые насосы

Винтовые насосы также можно рассматривать как разновидность шестеренчатых насосов. Их рабочий орган можно представить в виде косозубой шестерни с числом зубьев, равным числу запусков винта. Основным преимуществом этих насосов является превосходная равномерность подачи и, следовательно, низкий уровень шума. Еще одной важной эксплуатационной особенностью является способность перекачивать жидкости, содержащие твердые частицы, при давлении до 200 бар и скорости вращения до 1500 об/мин.

Конструкция этих насосов настолько сложна, что они не получили широкого распространения и используются для довольно специфических гидравлических систем. Существуют две конструкции двухвинтовых и трехвинтовых насосов.

Как упоминалось ранее, основными преимуществами прогрессивно-кавитационного насоса являются низкий уровень шума и равномерность подачи (отсутствие значительных пульсаций). Недостатками являются высокая стоимость и низкая эффективность.

Пластинчатые гидромашины

Это не то же самое, что лопастные машины (динамического типа). Их рабочие поверхности представляют собой демпферы (планки). Они относятся к объемному типу. Движущимся элементом является ротор. Он совершает вращательное движение. Насадка совершает возвратно-поступательное движение внутри ротора.

Гидравлические прессы с контактными плитами бывают двух групп: одностороннего и двустороннего действия. Первый вариант может быть регулируемым, а второй — нерегулируемым.

Они состоят из: пружинного демпфера (двух или более), рабочей камеры (условно разделенной планками) и ротора.

Порядок работы: После запуска двигателя ротор начинает двигаться. Под действием пружин сопла плотно соприкасаются со стенками статора, разделяя всю рабочую емкость на две герметичные камеры (при наличии двух планок). Под действием всасывания емкость заполняется жидкостью и при вращении передает ее на выход.

Преимуществами пластинчатого гидравлического пресса являются.

• Тихо протекающий процесс.
• Их можно регулировать одним движением.

Недостатки.

• Комплексное проектирование.
• Низкое давление, создаваемое во время работы.
• Низкое качество работы при низких температурах.

Поворотный гидродвигатель

Этот тип устройства характеризуется ограниченным углом наклона рабочего вала. Они широко используются для создания рулевых устройств для сельскохозяйственной техники. Угол поворота напрямую зависит от количества пластин. Если это один, то будет около 270 градусов, если два — 150, три — 70.

Для регулировки вала потребуется специальный гидравлический управляющий клапан. Этот тип устройства не подходит для работы при высоком давлении жидкости.

Гидротурбины

В этих гидравлических машинах механическая энергия текущей жидкости передается лопастям рабочего колеса. Самые крупные и яркие примеры использования гидравлических турбин — на гидроэлектростанциях. Они делятся на реактивные и активные единицы.

Они состоят из рабочего колеса, питателя или сопла (в зависимости от типа турбины).

В зависимости от внутренней структуры они могут быть разделены на ковшовые, наклонные, шахтные и радиально-вальные.

Предшественник водяной турбины, который можно назвать водяным колесом, приводится в движение мощным потоком воды (их устанавливают на реках или больших ручьях).

Осевые турбины

Самая быстрая из всех типов турбин. Рабочее колесо имеет форму вентилятора с большими лопастями и может быть как неподвижным, так и подвижным. В этих турбинах всегда установлен фидер. Он отвечает за эффективность работы устройства и со временем полностью закрывает водяные каналы лопастей. Также необходимо установить трубы для откачки воды.

Поворотно-лопастные турбины

Осевые типы турбин с лопастями, которые меняют свое положение. В таком здании их может быть до восьми. Конструкция похожа на пропеллер. Изменение положения лопастей позволяет поддерживать высокий коэффициент полезного действия при уменьшении и незначительном увеличении силы воздействия на головку. Если бы лопасти были неподвижны, то этот тип назывался бы пропеллером. Он самый дешевый и имеет самые ограниченные возможности (он может работать только в потоке одной силы).

Самым редким вариантом лопастной турбины является бимодальная турбина. Их главное отличие от других видов — разделение лопастей на два пера. Эта модель активно используется за рубежом.

Радиально-осевые турбины

Его главной особенностью является простота конструкции и низкая цена. На крупнейших гидроэлектростанциях используются турбины этого типа. Они удерживают рекорд по выходной мощности.

В турбинах этого типа жидкость подается в рабочее колесо снаружи. Жидкость проходит радиально через ряд каналов определенной формы, достигает центра и заставляет ротор начать вращение. Чтобы обеспечить равномерное и правильное движение жидкости, колесо окружено спиральной камерой с направляющими лопатками за ней. Его лопасти расположены под определенными углами для повышения эффективности турбины. По мере того, как вода отдает свою механическую энергию крыльчатке, она удаляется через специальные трубы.

Основной недостаток этого типа турбин заключается в том, что лопасти неподвижны. В результате турбины с радиальным валом могут показывать высокие значения КПД только при определенном напоре воды. Если турбина с радиальным валом используется при напоре 700 метров, она должна быть очень большой, чтобы проиграть ковшовой турбине. Для достижения высокого коэффициента полезного действия максимально допустимый напор составляет 300 метров.

Диагональные турбины

Этот тип вобрал в себя лучшие качества первых двух типов. Диагональная турбина является новой разработкой по сравнению с другими. Основной характеристикой этого типа является угол наклона лопастей (30-60 градусов). В то же время, лезвия регулируются. Поэтому диагональная турбина подходит для большого диапазона мощности при сохранении высокой эффективности.

Однако за эту универсальность и производительность приходится платить высокую цену. Это связано со сложностью конструкции.

Диагональные турбины с неподвижными лопастями. Они распространены на небольших гидроэлектростанциях.

Ковшовые гидротурбины

Этот тип предназначен для применения при высоком напоре. Ковшовое колесо, в отличие от других, активного типа. Крыльчатка приводится в движение отдельной струей воды, которая ударяет в ковш. Сама струя формируется направленным отверстием или соплом. Их может быть до шести. Рабочее колесо состоит из диска, к которому прикреплен ковш.

Ковшовые турбины делятся на вертикальные и горизонтальные. Второй тип используется для гидроэлектростанций среднего размера.

Обслуживание гидравлических механизмов

Профилактическое обслуживание обычно включает смазку различных частей и компонентов гидравлической системы. Во время осмотра ответственное лицо также обнаружит любые признаки износа, деформации и повреждения. Как правило, техническое обслуживание гидравлической системы включает замену поршневых гильз, поршневых штоков и крышек. Расходные материалы в виде уплотнительных колец регулярно обновляются.

Плюсы и минусы гидравлических систем

Гидравлические системы — это схемы передачи энергии, которые преобразуют механическую энергию в давление и возвращают ее обратно в механическое движение. Вообще говоря, исходная механическая энергия — это вращательное движение, создаваемое двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем. Давление и передача потока создаются гидравлической жидкостью, а конечное движение может быть вращательным или линейным.
Преимущества гидравлических систем заключаются в следующем.

• Гидравлические системы являются самосмазывающимися
• Хорошее соотношение мощности и веса
• Относительно небольшие компоненты
• Простая и гибкая передача мощности с помощью гидравлических шлангов
• легко отделяется от гидравлического силового агрегата благодаря легкой передаче гидравлической энергии
• Гидравлические системы могут управляться вручную или с помощью современных электронных технологий

Слабыми сторонами гидравлической системы являются:

• Чистота трансмиссионных жидкостей
• Свойства жидкости в зависимости от температуры
• Передача электроэнергии на большие расстояния приводит к потерям мощности в системе
• Компоненты и гидравлические жидкости требуют регулярного обслуживания

Каково будущее гидравлики?

Мы можем быть уверены, что гидравлика будет важной частью машин в следующем веке и далее, так как трудно предсказать, какие технологии появятся по мере нашего экспоненциального развития. Например, абсолютно никто не предсказал появление Интернета в 1950 году, а сейчас мы все еще ждем появления летающих автомобилей и колонизации Марса, которая может быть ближе, чем мы думаем, если мы попросим Элона Маска предсказать эти факты.

Вы случайно не сталкивались с термином «электрогидравлический»? Что произойдет, если объединить компьютер с гидравлической системой? В будущем компьютеры будут часто подключаться к гидравлическому оборудованию. Это обеспечит точный, распределенный контроль. Подумайте, что это означает для двигателей, цилиндров, клапанов и насосов. Электрогидравлическая технология проникает в современные гидравлические системы.

Гидравлические системы обладают огромной концентрацией мощности. Мы называем это плотностью мощности. Сопоставление гидравлики с мышцами и компьютера с мозгом делает гидравлику умнее и эффективнее. Электроника не может сравниться с этим, по крайней мере, пока. Что может предложить электроника, так это лучшую координацию и контроль.

В ближайшем будущем готовьтесь к появлению гидравлических систем со все более высоким IQ, оснащенных искусственным интеллектом. Учитывая постоянное и быстрое развитие технологий, гидравлическое оборудование становится все более мощным. К сожалению, навыки операторов развиваются не такими темпами, поэтому существует острая необходимость в более удобном оборудовании. Чтобы обеспечить безопасность оператора и долгосрочную жизнеспособность оборудования, гидравлическое оборудование должно быть спроектировано таким образом, чтобы быть более удобным для пользователя. Задача состоит в том, чтобы сделать более совершенным само гидравлическое оборудование. Гидравлические системы с искусственным интеллектом решат эту задачу.

Развитие гидравлики с 19 века было феноменальным. Основными преимуществами гидравлических систем являются легкая и мощная передача энергии, гибкость и индивидуальность, а также возможность многократной передачи энергии в различных отраслях промышленности. Гидравлические системы успешно используются в работе и управлении станками, сельскохозяйственным, строительным и горнодобывающим оборудованием, а также в автомобильной и авиационной промышленности. Без сомнения, можно сказать, что жидкая энергия может успешно конкурировать с механическими и электрическими системами. Гидравлические системы могут обеспечивать усилие от нескольких килограммов до нескольких тысяч тонн.

С быстрым развитием технологий в современном мире, разнообразие гидроэнергетических систем становится все более специфическим и адаптируемым для многих отраслей промышленности, и все еще существует много возможностей для дальнейшего развития использования гидроэнергии. Гидроэнергетические системы стали основным игроком в технологии передачи водной энергии и широко используются в промышленности, горнодобывающей, лесной, авиационной и даже космической отраслях. Гидравлические системы широко используются в тормозах и рулевом управлении автомобилей и их коробках передач. Промышленная автоматизация и массовое производство также используют основные принципы гидротехнологии.

По мере развития космической гонки гидравлические системы играют там важную роль.

Гидравлическая промышленность становится все более динамичной. Потребности клиентов постоянно меняются и перерастают в более сложные и специфические требования.