Тема 1.4 Гідравлічні машини

Насоси. Призначення та класифікація. Основні параметри насосів, будова і робота відцентрових, осьових, поршневих , крильчастих, роторних насосів. Призначення, класифікація, будова та принцип дії гідравлічного приводу.

Методичні вказівки

Насоси, гідротурбіни, гідро двигуни широко застосовуються в промисловості, енергетиці, на транспорті і в інших галузях народного господарства.

Насоси використовують для напірного переміщення (всмоктування і нагнітання) головним чином рідини, у результаті надання їй зовнішньої енергії (потенціальної і кінетичної).

Після ознайомлення з призначенням і галуззями застосування насосів, необхідно вивчити принцип дії поршневого насосу, а потім перейти до вивчення насосів других типів. Особливу увагу слід приділити питанням визначення висоти всмоктування, повного напору насоса, продуктивності, потужності і гідравлічного ККД (коефіцієнту корисної дії) насосу.

Після вивчення цієї теми необхідно ознайомитись з рішенням задач в [ 2] c.59 приклад 16, с.60 приклад 17.

Задача

Визначити потужність електродвигуна до насосу, який перекачує воду, при подачі Q=0,1 м³/с, геометричній висоті всмоктування h_вс=4м, втратах напору у всмоктую чому трубопроводі h_вс=1,2 м , геометричній висоті нагнітання h_Н=20м, втратах напору в нагнітаючому трубопроводі h_Н =2,6м і ККД насосу =0,75.

Рішення

Визначаємо напір насосу за формулою

Р=Н_r+h=h_вс+ h_н+h_вс+h_н=4+20+1,2+2,6=27,8м

Знаходимо потужність на валу насосу

N===36,4 кВт

Потужність двигуна при безпосередньому з’єднані його валу з валом насосу визначаємо за формулою:

Nдв=КN=1,236,4=43,7 кВт

[2] c. 55-74;[4] c.129-151; [5] c.49-64.

Питання для самоконтролю:

1 Назвіть, які гідравлічні машини Вам відомі?

2 Чим відрізняються насоси від гідро двигунів?

3 Назвіть основні вузли та деталі, які є в насосі любого класу?

4 Назвіть основні вузли насосної установки.

5 Розкажіть про переваги відцентрованого насосу у порівнянні з поршневим.

6 Як визначається корисна потужність насосу?

7 Що називають продуктивністю насосу і як вона визначається?

Після вивчення РОЗДІЛУ 1 студент повинен знати: властивості рідин;основні закони гідростатики та гідродинаміки;принцип дії та будову гідростатичних машин, насосів, гідроприводу;режими руху рідини; причини та наслідки гідравлічного удару; причини місцевих гідравлічних опорів і витрат тиску в трубопроводах.

Уміти: робити практичні розрахунки гідростатичного тиску та параметрів напірного трубопроводу.

РОЗДІЛ 2 ОСНОВИ ТЕХНІЧНОЇ ТЕРМОДИНАМІКИ

Тема 2.1 Основні поняття і визначення.

Предмет технічної термодинаміки. Основні стани речовини, фазова діаграма (P, t). Поняття термодинаміки – внутрішня енергія, робота, теплота, робоче тіло. Параметри стану. Термічні параметри стану – абсолютний тиск, питомий об’єм, абсолютна температура.

Калоричні параметри – внутрішня енергія, ентальпія, ентропія.

Основні закони ідеальних газів. Рівняння стану ідеального газу. Суміш газів. Закон Дальтона.

Методичні вказівки

Матеріал даної теми має велике практичне значення. На сучасному етапі розвитку виробництва технічна термодинаміка знаходить застосування в всіх галузях народного господарства.

Усі процеси в теплотехніці пов’язані з використанням робочих тіл, в якості яких застосовуються гази та пари.

Фізичний стан робочого тіла визначається трьома найважливішими параметрами стану температурою (Т), тиском (Р), питомим об’ємом ().

Температура є мірою швидкості теплового руху молекул.

Тиск – величина, яка дорівнює відношенню сили, перпендикулярно і рівномірно розподіленої по площі поверхні

Р=F/S,

де F - сила, яка діє на поверхню;

S - площа поверхні.

Питомий об’єм речовини – це величина, яка дорівнює відношенню об’єму до його маси: якщо питомий об’єм позначити літерою , то =V/m,

Калориметричними параметрами є внутрішня енергія, ентальпія і ентропія.

Внутрішньою тепловою енергією або просто внутрішньою енергією газу (u – для 1-го кг газу, U – для любої кількості газу) називають суму кінетичної енергії поступового руху молекул газу , кінетичної енергії обертальних рухів молекул і енергії внутрішньо-молекулярних коливань. Для любого термодинамічного процесу зміна внутрішньої (кінетичної) енергії ідеального газу однакова і дорівнює зміні внутрішньої енергії у процесі, який відбувається при постійному об’ємі при тій же зміні температур, тобто

Через те що енергія газу є функцією його стану, то внутрішня енергія u може бути прийнята за новий ( четвертий ) параметр стану на додаток до основних p,v і T.

Ентальпія або тепловміст ще один (п’ятий) параметр стану газу, який позначається i і визначається за формулою

де u– внутрішня енергія 1 кг газу, p·v- робота проштовхування, при цьому p і v відповідно тиск і об’єм газу при температурі, для якої визначена внутрішня енергія.

Ентальпію вимірюють в тих же одиницях, що і внутрішню енергію кДж/кг.

Ентропія (s)- ще один (шостий) параметр стану газу. Ця назва походить від грецького слова перетворення. Вимірюється в тих же одиницях, що і масова теплоємкість кДж/кг·К. Під ентропією тіла розуміють величину, зміна якої в любому елементарному термодинамічному процесі дорівнює відношенню зовнішнього тепла, яке приймає участь у цьому процесі, до абсолютної температури тілаТ.

Рівняння стану ідеального газу пов'язує три основні його параметри Р, , Т

РV=mR₀T,

де R₀ – питома газова постійна, в системі SI має одиницю Джоуль на кілограм на Кельвін – Дж /(кг К)

У результаті вивчення газових сумішей, студент повинен засвоїти, що робоче тіло двигунів внутрішнього згоряння, газових турбін, компресорів і т.п. являють собою суміші газів. По закону Дальтона тиск Р суміші ідеальних газів дорівнює додатку парціальних тисків Р_і компонентів суміші..

Після вивчення матеріалу необхідно проглянути рішення прикладів 3.1, 4.1, 4.4 [3] c.26, 33, 36.

Задача

Визначити масу повітря , вилученого з ресиверу місткістю 5м³ Початковий тиск у ресивері 16,8 МПа, кінцевий – 7,5 МПа, температура 19⁰С і не змінюється.

Рішення

Масу витраченого повітря визначаємо Як різницю між початковою та кінцевою масами:

m₁=(PV)/(R₀T);

m₂=(PV)/(R₀T);

m=m₁-m₂=(PV)/(R₀T) – (PV)/(R₀T)=[V/(R₀T)](P_1-P₂)=[50 287,1292](16,8 10⁶-7,5 10⁶)=554,5кг

Література

[1] c.6-26; [2] c.90-96; [3] c.5-11; [5] c.65-75; [6] c.39-48; [7] c.4-11.

Питання для самоконтролю:

1 Назвіть основні параметри стану робочого тіла, одиниці їх в SI.

2 З якою метою введене поняття «ідеальний газ»?

3 Між якими параметрами встановлює зв'язок рівняння стану ідеального газу?

4 У чому заклечається фізичний смисл універсальної газової постійної?

5 Приведіть приклади газових сумішей.

6 Сформулюйте закон, який дозволяє визначити тиск суміші.

7 Якими важливими властивостями володіє молярний об’єм любого ідеального газу?