Учебное пособие: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников Салаватского индустриального колледжа по специальности 150411

Салаватский индустриальный колледж

«Гидравлические и пневматические системы»

Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников

Салаватского индустриального колледжа

по специальности 150411

«Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования».

2006

СОДЕРЖАНИЕ

1 Введение 4

2 Программа учебной дисциплины 6

3 Перечень практических работ 23

4 Задания для контрольных работ 24

5 Литература 31

1 Введение

Программа учебной дисциплины «Гидравлические и пневматические системы» предназначена для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по техническим специальностям среднего профессионального образования. При изучении дисциплины «Гидравлические и пневматические системы» обеспечивается фундаментальная подготовка студентов в области гидравлики и пневматики, соблюдается связь с дисциплинами специальности, базовыми положениями гидравлики, понятиями гидравлики и пневматики, обязательными для использования полученных знаний в решении практических, научно-технических задач по профилю специальности – техник.

В результате изучения дисциплины студент должен

Иметь представление:

- о роли и месте знаний по дисциплине «Гидравлические и пневматические системы» при освоении основной профессиональной образовательной программы в сфере профессиональной деятельности техника;

Знать:

- основы гидравлики и методы гидравлических расчётов

- физические основы функционирования гидравлических и пневматических систем;

- устройство и принцип действия гидравлических и пневматических устройств и аппаратов;

- основные направления технического прогресса в области гидропривода и пневмопривода.

Уметь:

- производить расчёт основных параметров гидро- и пневмоприводов;

- пользоваться нормативными документами, справочной литературой и другими информационными источниками при выборе и расчёте основных видов гидравлического и пневматического оборудования;

- применять методы и средства нормирования точности

Дисциплина «Гидравлические и пневматические системы» является общепрофессиональной, и знания, полученные студентом при изучении этой дисциплины, используются при усвоении специальных дисциплин, а также в профессиональной деятельности.

Дисциплина ведется с учетом межпредметных связей с такими дисциплинами, как «Физика», «Математика», «Инженерная графика», и т.д.

Усвоение программного материала предмета складывается из;

а) самостоятельного изучения учебного материала по рекомендуемой литературе;

б) выполнения одной домашней контрольной работы;

в) выполнения практических работ

Учебный процесс преподавания данной дисциплины включает : лекционные занятия, лабораторно-практические занятия, самостоятельное выполнение контрольной работы.

Контрольная работа выполняется по выданным ( в соответствии с вариантом) вопросам, в тетради с титульным листом, с полями, для заметок преподавателя, черной пастой. В конце контрольной работы указывается список используемой литературы.

Литература записывается по образцу:

1. Пашков Н.Н., Долгачёв Ф.М. Гидравлика. Основы гидрологии – М.,:Энергоатомиздат, 1985 – 384 с.

Выполняемая работа должна содержать конкретные, полные ответы. Особое внимание уделять не только содержанию ответов, но и четкому, разборчивому подчерку. Текст работы пишется через строчку, сокращение терминов использовать только в соответствии с ГОСТ.

Каждый вопрос, задачу начинать писать с новой страницы. Текст вопроса или условия задачи переписывать полностью.

Решать задачи контрольной работы, руководствуясь приведенными примерами.

Все вычисления давать в развернутом виде, величины, входящие в формулы, должны сопровождаться объяснениями. Обязательно проставлять единицы измерения.

При использовании таблиц допусков и других справочных материалов необходимо давать ссылку на литературный источник или стандарт.

Выполненная работа сдается в методический кабинет заочного отделения методисту, где делается отметка о сдаче контрольной работы и передается преподавателю на рецензирование.

Если в контрольной работе есть замечания, то она возвращается студенту, через методиста, на доработку с указанием замечаний, которые необходимо устранить и вернуть на повторную проверку. Контрольная работа не зачитывается, если:

- нет ответа на один из вопросов;

- ответы на вопросы (вопрос) даны не из своего варианта;

- неполные ответы или много ошибок, и тогда студент выполняет ее заново с учетом всех замечаний.

В период экзаменационной сессии будут прочитаны обзорные лекции по наиболее важным темам, выполнены лабораторные работы.

Для успешного усвоения данной дисциплины студент-заочник должен уметь самостоятельно изучать учебную литературу, уметь пользоваться справочниками.

После изучения полного курса и при получении зачетов по контрольной и лабораторным работам студент-заочник допускается к сдаче экзамена.

2 Программа учебной дисциплины

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Содержание учебной дисциплины

Раздел 1 Рабочее тело гидро- и пневмосистем

Тема 1.1 Физические свойства жидкостей и газов. Рабочие жидкости и их характеристики

Студент должен:

знать:

- назначение рабочих жидкостей;

- определение жидкостей;

- понятие идеальной и реальной жидкостей;

- основные механические и физические свойства жидкостей: плотность, удельный вес , удельный объём, температурное расширение, сжимаемость;

- понятие вязкости жидкости. Динамическая и кинематическая вязкость;

- приборы для измерения вязкости.

уметь:

- формулировать определение понятий физических свойств жидкостей;

- выбирать рабочую жидкость по целевому назначению и условиям работы.

Назначение рабочих жидкостей. Определение жидкости. Понятие реальной и идеальной жидкости. Основные механические и физические свойства жидкостей. Приборы для измерения вязкости жидкостей. Зависимости физических свойств жидкостей от температуры и давления. Выбор рабочих жидкостей .

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называется жидкостью?

2. Какие виды жидкостей вам известны?

3. Основные механические и физические свойства жидкостей.

4. Как зависят физические свойства жидкостей от температуры и давления.?

5. Приборы для измерения вязкости жидкостей

Раздел 2 Основы гидростатики

Тема 2.1 Гидростатическое давление и его свойства. Основное уравнение гидростатики

Студент должен:

знать:

- основные задачи гидростатики;

- силы, действующие на жидкость;

- понятие гидростатического давления;

- основное уравнение гидростатики;

- виды гидростатического давления;

- единицы измерения гидростатического давления;

- основные свойства гидростатического давления и их практическое применение.

Основные задачи гидростатики. Абсолютный и относительный покой жидкости. Силы, действующие в жидкости, находящейся в равновесии. Понятие гидростатического давления. Единицы измерения гидростатического давления. Основное уравнение гидростатики. Понятие абсолютного, избыточного и вакуумметрического давления. Закон Паскаля.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называется гидростатическим давлением?

2. Какие виды давления вам известны?

3. Основное уравнение гидростатики.

4. Закон Паскаля

Тема 2.2 Измерение давления

Студент должен:

знать:

- эпюры гидростатического давления;

- приборы для измерения давления.

Пьезометры. Жидкостные манометры. Дифференциальные жидкостные манометры. Механические манометры. Вакуумметр. Микроманометры.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие виды приборов для измерения давления вам известны?

2. Принцип действия пьезометров

3. Принцип действия ртутного манометра

4. Принцип действия дифференциального манометра

5. Принцип действия вакуумметра

6. Принцип действия поршневого манометра

7. Принцип действия механических приборов для измерения давления.

Тема 2.3 Гидростатические машины

Студент должен:

знать:

- назначение, область применения гидравлического пресса, гидравлического аккумулятора;

- схемы устройства и принцип действия гидравлического пресса и гидравлического аккумулятора.

Назначение, область применения и классификация гидравлических прессов. Схема, устройство и принцип действия гидравлического пресса.

Гидравлические аккумуляторы, область применения, их устройство и принцип действия. Гидравлические мультипликаторы.

Вопросы для самоконтроля:

Принцип действия гидравлического пресса

Принцип действия гидравлического аккумулятора

Назначение гидростатических машин

Раздел 3 Основы гидродинамики

Тема 3.1 Основные понятия и определения. Виды движения жидкостей.

Студент должен:

знать:

- задачи гидродинамики;

- основные понятия гидродинамики;

- уравнение неразрывности потока;

- виды движения жидкостей.

Задачи гидродинамики. Виды движения жидкостей.

Поток жидкости. Уравнение неразрывности для потока жидкости. Гидравлические элементы потока: площадь живого сечения потока, смо­ченный периметр, свободная поверхность, гидравлический радиус, объем­ный и весовой расход жидкости, средняя скорость потока.

Вопросы для самоконтроля:

Основные понятия и определения гидродинамики.

Какие виды движения жидкости вам известны?

Тема 3.2. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли

Студент должен:

знать:

- уравнение Бернулли для идеальной и реальной жидкости;

- примеры применения уравнения Бернулли в технике;

- виды потерь энергии,

уметь:

- измерять скорость потока и расход жидкости с помощью трубки Пито и трубки Вентури;

- производить построение пьезометрических и энергетических, напорных линий.

Энергия элементарной струйки. Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости. Геометрический и физический смысл уравнения Бернулли для идеальной жидкости. Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости и для потока реальной жидкости. Полный напор и его составные части. Построение пьезометрических напорных линий. Примеры применения уравнения Бернулли в технике.

Измерение скорости потока и расхода жидкости приборами, построенными на принципе уравнения Бернулли. Трубка Пито и труба Вентури

Вопросы для самоконтроля:

1. Уравнение неразрывности потока.

2. Уравнение Бернулли для элемен­тарной струйки идеальной жидкости.

3. Примеры применения уравнения Бернулли в технике.

Тема 3.3. Режимы движения жидкости

Студент должен:

знать:

- режимы течения жидкостей;

- критическое число Рейнольдса;

- формулы для вычисления;

- как распределяются скорости по живому сечению при ламинарном и турбулентном течении жидкости;

уметь:

- определять режимы течения жидкости для различных условий;

- определять критическую скорость течения жидкости.

Режимы течения жидкостей: ламинарный и турбулентный. Критическая скорость движения жидкости. Определение скоростей по живому сечению при ламинарном и турбулентном течении жидкости.

Вопросы для само контроля:

1.Назовите режимы движения жидкостей

2.От чего режим движения жидкости?

3. Что такое критерий Рейнольдса?

Тема 3.4 Определение гидравлических потерь энергии жидкости

Студент должен:

знать:

- чем обусловлены потери напора по длине;

- понятие шероховатость зоны русел,

- формулы для определения потерь напора по длине и местных потерь;

- каковы суммарные потери напора;

уметь:

- .определять зону русла;

- определять коэффициент Дарси для ламинарного и турбулентного режимов;

- определять суммарные потери напора по длине участка трубопровода.

Потери напора на трение при ламинарном и турбулентном движении. Формула Дарси-Вейсбаха. Шероховатость. Зоны русла. Коэффициенты гидравлического трения для ламинарного и турбулентного режимов.

Местные гидравлические сопротивления. Определение потерь напора на местные сопротивления: на внезапное расширение потока, внезапное сужение и при повороте потока.

Коэффициент местного сопротивления. Двина, эквивалентная данному местному сопротивлению. Суммарные потери напора. Дросселирующие устройства в их сопротивления.

Вопросы для само контроля:

1.Чем характеризуется шероховатость стенок?

2. Местные гидравлические сопротивления.

Тема 3.5. Истечение жидкости через отверстия и насадки

Студент должен:

знать:

- что такое истечение жидкости из отверстий при постоянном и переменном напорах;

- расчетную формулу для вычисления скорости потока в сжатом сечении и уравнение расхода;

- понятие насадка, типы насадок и их использование.

Понятие тонкой стенки и малого отверстия в ней. Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке из открытого резервуара. Сжатие струи: полное и совершенное. Коэффициенты сжатия струи, скорости истечения и расхода жидкости. Расчетная формула для вычисления скорости потока в сжатом сечении и уравнение расхода.

Истечение жидкости из затопленного отверстия. Истечение жидкости из больших отверстий.

Понятие насадка. Типы насадок (внешние цилиндрические, внутренние цилиндрические, расширяющиеся конические, сужающиеся конические, коноидальные) и их использование.

Истечение жидкости при переменном напоре.

Вопросы для само контроля:

1. Понятие тонкой стенки и малого отверстия в ней.

2. Понятие насадка. Какие типы насадок вам известны?

Использование насадков.

Тема 3.6. Гидравлический расчет трубопроводов

Студент должен:

знать:

- сущность гидравлического расчета напорного трубопровода;

- графический способ расчета трубопровода.

Понятие простого и сложного трубопровода. Гидравлический расчет простого трубопровода с использованием уравнения Бернулли, Дарси и уравнения неразрывности потока. Уравнение Шези. Три основные задачи при расчете простого трубопровода: определение напора, расхода и диаметра.

Параллельное и последовательное соединение трубопроводов. Графический способ расчета трубопроводов.

Вопросы для само контроля:

1. Сущность гидравлического расчета напорного трубопровода.

2. Что называют простым трубопроводом?

3. Что называют сложным трубопроводом?

4. Параллельное и последовательное соединение трубопроводов.

Тема 3.7. Гидравлический удар в трубопроводах

Студент должен:

знать:

- сущность явления гидравлического удара;

- меры борьбы с гидравлическим ударом.

Сущность явления гидравлического удара. Определение величины повышения давления при гидравлическом ударе. Формула Жуковского. Меры борьбы с гидравлическим ударом.

Вопросы для само контроля:

1. Сущность гидравлического расчета напорного трубопровода.

2. Что называют простым трубопроводом?

3. Что называют сложным трубопроводом?

4. Параллельное и последовательное соединение трубопроводов.

Раздел 4. ЛОПАСТНЫЕ НАСОСЫ

Тема 4.1. Центробежные насосы

Студент дол жен:

знать:

- устройство, принцип действия центробежных насосов;

- высоту установки центробежных насосов;

- схемы установки центробежных насосов;

- арматуру,

- характеристики центробежных насосов.

Схема и принцип действия центробежного насоса. Высота всасывания центробежного насоса. Основное уравнение центробежных машин. Характеристики центробежных машин.

Вопросы для само контроля:

1. Принцип действия центробежного насоса.

2. Основное уравнение центробежных машин.

Тема 4.2. Работа центробежных насосов на сеть

Студент должен:

знать:

- характеристику сети;

- рабочую точку насоса и ее назначение,

- совместные характеристики насоса и трубопровода;

уметь:

- построить характеристику сети;

- определить рабочую точку насоса;

- регулировать производительность центробежных насосов.

Характеристика сети. Рабочая точка насоса. Построение совместных характеристик насоса и трубопровода. Рабочая точка. Способы регулирования производительности центробежных насосов. Кавитация в лопастных гидромашинах.

Вопросы для само контроля:

1. Способы регули­рования производительности центробежных насосов.

2. Что такое кавитация? К чему приводит появление кавитации в лопастных гидромашинах?

Раздел 5. ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

Тема 5.1. Поршневые насосы однократного и двукратного дей­ствия

Студент должен:

знать:

- устройство и принцип действия поршневого насоса;

- индикаторную диаграмму поршневого насоса;

- устройство, принцип действия радиально-поршневых и аксиально-поршневых насосов;

- область применения насосов;

уметь:

- ориентировочно определять подачу насоса по его геометрическим размерам.

Схема и принцип действия поршневого насоса. Высота всасывания поршневого насоса. Индикаторная диаграмма поршневого насоса. График поршневого насоса однократного действия. Неравномерность подачи.

Вопросы для само контроля:

1. Принцип действия поршневых насосов.

2. Область применения насосов

3. Что определяют по индикаторной диаграмме?

Раздел 6. КОМПРЕССОРЫ

Тема 6.1. Поршневые компрессоры. Поршневые компрессорные станции

Студент должен:

знать:

- классификацию компрессоров;

- основные параметры компрессоров;

- устройство, принцип действия поршневого компрессора;

. - систему смазки и охлаждения компрессора;

- схему получения сжатого воздуха поршневого компрессора;

- основное и вспомогательное оборудование поршневых компрессорных станций;

- достоинства и недостатки поршневого компрессора.

Классификация компрессоров. Основные параметры. Устройство и принцип действия поршневого компрессора. Система смазки и охлаждения. Теоретический и действительный процесс сжатия в компрессоре.

Схема получения сжатого воздуха. Основное и вспомогательное оборудование поршневой компрессорной станции. Схема оборотного водоснабжения компрессорной станции. Достоинства и недостатки поршневого компрессора. Схема поршневой холодильной установки.

Вопросы для само контроля:

1. Классификация компрессоров.

2. Основные параметры компрессоров.

3. Достоинства и недостатки поршневого компрессора.

4. Принцип действия поршневого компрессора.

Тема 6.2. Турбокомпрессоры. Турбокомпрессорные станции

Студент должен:

знать:

- устройство и принцип действия турбокомпрессора;

- систему смазки турбокомпрессора;

- систему получения сжатого воздуха турбокомпрессором,

- способы осушки воздуха;

- достоинства и недостатки турбокомпрессора;

Устройство и принцип действия турбокомпрессора. Достоинства и недостатки. Схема смазки турбокомпрессора. Схема получения сжатого воздуха турбокомпрессором. Осушка воздуха.

Вопросы для само контроля:

1. Принцип действия турбокомпрессора.

2. Достоинства и недостатки турбокомпрессора.

3. Способы осушки воздуха

Раздел 7. ОСНОВЫ ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ

Тема 7.1. Основные параметры состояния газа и законы тер­модинамики

Студент должен:

знать:

- состав воздуха, понятие влажность, параметры состояния газа.

- законы термодинамики;

- законы идеальных газов.

Состав воздуха. Абсолютная и относительная влажность воздуха. Пары, идеальный и реальные газы. Параметры состояния газа. Давление, удельный вес и температура.

Определение и задачи термодинамики. Удельная (объемная) теплоемкость газа. Первый и второй законы термодинамики. Тепловое расшире­ние и сжимаемость газа. Цикл Карно. Вязкость газа. Понятие об энтальпии и энтропии газа.

Уравнение состояния идеального газа (Клапейрона - Менделеева). Закон Авогадро. Законы идеального газа (законы Гей - Люссака, Шарля и Бойля-Мариотта).

Вопросы для само контроля:

1. Задачи термодинамики.

2. Первый закон термодинамики

3. Второй закон термодинамики

4. Что называется энтальпией газа?

5. Что называется энтропией газа?

6. Законы идеального газа.

Тема 7.2. Термодинамические процессы в пневмо-приводах

Студент должен:

знать:

- термодинамические процессы изменения состояния идеального газа.

Понятие термодинамического процесса. Изохорический, изобарический, адиабатный и политропический процессы.

Вопросы для самоконтроля:

1. Термодинамический процесс.

2. Изохорический процесс.

3. Изобарический процесс.

Адиабатный процесс.

Политропный процесс.

Раздел 8. ОБЪЕМНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ

Тема 8.1. Структурный состав и основные понятия гидропривода. Термины и определения. Классификация гидроприводов

Студент должен:

знать:

- структурную схему преобразования энергии в объемном гидроприводе;

- функциональное назначение элементов гидропривода;

- принципиальные схемы гидроприводов;

- основные термины и определения гидро- и пневмо-приводов по ГОТу;

- классификацию гидроприводов.

Принцип работы гидравлического привода. Основные элементы объемных гидроприводов, их назначение. Требования к гидроприводам, их классификация, достоинства и недостатки. Области применения гидропри­водов.

Вопросы для само контроля:

1. Функциональное назначение элементов гидропривода.

2. Основные элементы объемных гидроприводов .

3. Классификация гидроприводов.

4. Области применения гидропри­водов.

Тема 8.2. Условные графические обозначения элементов гид­равлических и пневматических приводов

Студент должен:

знать:

- условные графические обозначения элементов гидроприводов изделий;

- условные графические обозначения пневмоприводов.

Условные графические обозначения элементов гидравлических и пневматических схем приводов изделий по ГОСТу:

- гидравлические насосы и гидромоторы;

- пневмонасосы и пневмомоторы;

- гидравлические и пневматические цилиндры.

Полуконструктивные условные обозначения насосов и моторов. Гидравлические объемные гидропередачи:

- гидропередача из нерегулируемого насоса и мотора;

- гидропередача реверсивная.

Гидравлическая и пневматическая направляющая аппаратура по
ГОСТу. Гидравлическая и пневматическая регулирующая аппаратура по ГОСТу. Гидравлические и пневматические вспомогательные элементы приводов по действующему ГОСТу.

Вопросы для само контроля:

1. Как обозначаются элементы гидравлических схем приводов по ГОСТу?

2. Как обозначаются элементы пневматических схем приводов по ГОСТу?

3. Как обозначаются вспомогательные элементы приводов по ГОСТу?

Тема 8.3. Структурный состав и основные понятия пневмо-привода. Термины и определения. Классификация пневмоприводов

Студент должен:

знать:

- структуру состава и принципиальной типовой схемы пневмопривода;

- термины и основные определения пневмоприводов и их элементов.

Основные понятия о пневматическом способе передачи энергии. Структурная схема преобразования энергии в пневматическом приводе. Терминология пневмоприводов в соответствии с действующим ГОСТом. Классификация пневмоприводов.

Вопросы для само контроля:

1. Основные определения пневмоприводов.

2. Классификация пневмоприводов.

Темя 8.4. Принципиальные схемы пневмоприводов

Студент должен:

знать:

- типовые принципиальные схемы пиевмоприводов;

- функциональное назначение элементов пневмопрнводов;

- устройства пневмодвигателей, пневноцилиндров, направляющей и регулирующей пневмоаппаратуры.

Назначение и область применения пневмоприводов.

Основные элементы пневматических приводов и их функцнональное назначение: пнсвмодвигатели; пневмоцилиндры; направляющая и регулирующая пневмоаппаратура.

Достоииства и недостатки пневмоприводов.

Типовые схемы пневматических приводов.

Вопросы для само контроля:

1. Назначение и область применения пневмоприводов.

2. Какие достоииства и недостатки пневмоприводов?

Тема 8.5. Определение коэффициентов суммарного сопротивлении и расхода воздуха в пневматическом приводе

Студент должен:

знать:

- формулы потерь энергии при движении газа;

уметь:

- рассчитывать потери давления газа на прямом участке и в местных сопротивлениях реального пневмопривода.

Режимы движения воздуха. Классификация пневматических сопротивлений, их назначение и разновидности. Зависимость величины пневмосопротивлений от температуры и природы газа.

Внезапное сужение или расширение потока. Обтекание узлов. Истечение воздуха через насадки. Коэффициент скорости расхода. Число Рейнольдса. Приближенные расчеты течения воздуха в тру­бопроводах, определение потерь напора, внутреннего диаметра трубопро­вода и расхода сжатого воздуха.

Вопросы для само контроля:

1. Классификация пневматических сопротивлений.

2. От чего и как зависит величина пневматических сопротивлений?

3. Внезапное сужение или расширение потока.

Тема 8.6. Принципиальные схемы гидроприводов

Студент должен:

знать:

- типовые схемы гидроприводов изделий, выполняющих операции "быстрый подвод - рабочая подача - быстрый отвод".

Принципиальная схема гидропривода с гидродвигателем прямолинейного поступательного движения. Гидроцилиидры.

Принципиальная схема гидропривода с гидродвигателем вращательного движения.

Гидроаппаратура. Гидрораспределители. Гидроклапаны.

Вопросы для само контроля:

1. Принцип действия одностороннего гидроцилиндра.

2. Назначение гидрораспределителей.

3. Основное назначение клапанов.

4. Назначение гидравлических дросселей.

Тема 8.7. Регулирование скорости движения рабочих органов

Студент должен:

знать:

- схемы приводов с объемным и дроссельным регулированием;

- способы стабилизации скорости движения;

уметь:

- выбирать способ регулирования скорости гидропневмодвигателей для конкретных условий;

- читать и анализировать схемы пневматических и гидравлических приводов.

Способы гидравлического регулирования скорости рабочих органов. Сущность, достоинства и недостатки схем объемного регулирования. Сущность, схемы, достоинства и недостатки дроссельного регулирования. Зависимость скорости движения рабочего органа от нагрузки на поршень. Способы стабилизации скорости движения.

Вопросы для само контроля:

1. Сущность объемного регулирования.

2. Сущность дроссельного регулирования.

3. Достоинства и недостатки схем объемного регулирования.

4. Достоинства и недостатки дроссельного регулирования.

Тема 8.8. Основы расчета и выбор гидравлических, пневматических и комбинированных приводов. Понятие о тепловом расчете

Студент должен:

знать:

- основы расчета гидро- и пневмоприводов;

- понятие о тепловом расчете;

уметь:

- выполнить расчет гидропривода по заданным параметрам.

Основы расчета гидропривода: определение параметров насоса, диаметров трубопровода, потерь давления в гидросистеме.

3 Перечень практических и лабораторных работ

4 Задания для контрольной работы

Таблица выбора вариантов контрольной работы по предмету

«Гидравлические и пневматические системы»

Выбор номеров вопросов определяется буквами в фамилии, имени и отчеству студента, которые записываются в виде таблички, где буква в Ф.И.О. определяет строку вариантов, а порядковый номер буквы Ф.И.О. укажет номер вопроса в данной строке (номер столбца)

Таблица 3

Студент: Сидоров Андрей

1. Основные понятия и определения гидростатики. Физические свойства жидкостей. Приборы для измерения вязкости жидкостей. Выбор рабочих жидкостей.

5. Гидростатическое давление и его свойства . Основное уравнение гидростатики.

6. Гидростатическое давление на плоские стенки.

7. Гидростатическое давление на криволинейные поверхности.

8. Закон Архимеда

9. Жидкостные приборы для измерения давления. Принцип действия и области применения приборов.

10. Механические приборы для измерения давления. Принцип действия и области применения приборов.

11. Гидравлический пресс. Принцип действия и области применения гидростатических машин.

12. Гидравлический аккумулятор. Принцип действия и области применения гидростатических машин

13. Основные понятия и определения гидродинамики. Виды движения жидкостей.

14. Уравнение неразрывности потока.

15. Уравнение Бернулли.

16. Ламинарный режим движения жидкости.

17. Турбулентный режим движения жидкости.

18. Вязкость жидкости и законы внутреннего трения.

19. Потери напора при равномерном движении.

20. Неньютоновские жидкости.

21. Местные сопротивления. Причины возникновения местных сопротивлений.

22. Истечение жидкости из отверстий.

23. Истечение жидкости из насадков.

24. Назначение и классификация трубопроводов.

25. Основные задачи при расчёте и проектировании трубопроводов.

26. Кавитация. Причины возникновения и последствия.

27. Сифонные трубопроводы.

28. Причины возникновения гидравлического удара в трубах.

29. Чем опасен гидравлический удар в трубопроводах?

30. Классификация насосов.

31. Принцип действия динамических насосов. Основные параметры насосов.

32. Принцип действия центробежных насосов.

33. Области применения центробежных насосов.

34. Принцип действия объёмных насосов.

35. Принцип действия поршневых насосов однократного действия.

36. Принцип действия поршневых насосов двукратного действия.

37. Принцип действия поршневых компрессоров.

38. Принцип действия турбокомпрессоров.

39. Уравнение состояния идеального газа (Клапейрона - Менделеева).

40. Первый и второй законы термодинамики.

41. Тепловое расшире­ние и сжимаемость газа.

42. Цикл Карно.

43. Законы идеального газа (законы Гей - Люссака, Шарля и Бойля-Мариотта).

44. Термодинамический процесс.

45. Изохорический и изобарический процесс.

46. Адиабатный и политропный процесс.

47. Структурная схема преобразования энергии в пневматическом приводе.

48. Требования к гидроприводам, их классификация, достоинства и недостатки.

49. Принцип работы гидравлического привода. Области применения гидропри­водов.

50. Основные элементы объемных гидроприводов, их назначение.

51. Схема и принцип действия одностороннего гидроцилиндра.

52. Классификация пневмоприводов.

53. Назначение и область применения пневмоприводов.

54. Достоииства и недостатки пневмоприводов.

55. Принцип действия одностороннего гидроцилиндра.

56. Назначение гидрораспределителей.

57. Сущность объемного регулирования.

58. Сущность дроссельного регулирования.

59. Достоинства и недостатки схем объемного регулирования.

60. Достоинства и недостатки дроссельного регулирования.

61. Сосуд, в котором абсолютное давление воздуха ниже атмосферного, р= 60 кПа, соединён трубой с сосудом 2, в котором давление на поверхности воды равно атмосферному. Определить вакуум в сосуде 1 и высоту поднятия воды в трубе h_вак .

62. В цилиндрический бак диаметром D = 2м до уровня Н = 1,5м налиты вода и бензин. Уровень воды в пьезометре ниже бензина на h = 300мм. Определить вес находящегося в баке бензина, если r_б = 700 кг/м³ .

63. Чугунный трубопровод длиной l = 1 км и диаметром d = 200 мм имеет разность давлений в начале и в конце Δр = 98 кН/м² = 1 кгс/см² . Определить какой транзитный расход Q_тр возможен в трубопрводе при непрерывной раздаче, если удельный путевой расход q₀ = 0.01 л/с/м.

64. Из открытого резервуара через донное отверстие с острыми кромками вытекает вода при высоте ее над центром отверстия 3 м. Определить, каким должно быть избыточное давление в баке, чтобы расход воды через отверстие того же размера увеличить в два раза.

65. Найти расход и скорость истечения через круглое отверстие диаметром 20 мм в тонкой стенке, если глубина погружения центра отверстия под свободной поверхностью 2,6 м и площадь сосуда значительно больше площади отверстия. Коэффициент расхода принять равным 0,62.

66. Из бачка через отверстие с острыми краями вытекает вода при постоянном напоре 1,6 м. Диаметр отверстия 20 мм. Определить расход воды через отверстие.

67. В дне цилиндрического бака, имеющего площадь дна 2,4 м² , расположено круглое отверстие диаметром 6 см. Определить, за какое время из бака через отверстие вытечет половина объема воды, если в момент открытия отверстия глубина наполнения бака 2 м. Притока воды в баке нет.

68. Определить полную потерю напора в трубопроводе диаметром 100 мм, длиной 2,8 км при движении легкой нефти со средней скоростью 1,25 м/с. Плотность нефти ρ= 760 кг/м³ , кинематический коэффициент вязкости нефти ν = 0,22сСт. В трубопроводе имеются местные сопротивления: обратный клапан, открытая задвижка и поворот. Шероховатость труб принять к = 0,1 мм.

69. Определить расход воды , вытекающей через круглое отверстие диаметром d=10мм . Напор воды над центром отверстия H=3,4 м

70. Через круглое незатопленное отверстие в тонкой стенке диаметром d=25мм вытекает вода .

Каким должен быть напор воды над центром отверстия , чтобы ее расход Q был равен 2,6 л/с .

71. Определить расход воды через квадратное затопление отверстие со стороны а=150мм , если глубина погружения центра отверстия под свободной поверхностью с напорной стороны H₁ =4,4м , а с низовой стороны H₂ =2,2м . Скоростью подхода воды пренебречь .

72. Цилиндрический резервуар диаметром D=4м и высотой H=6м имеет у дна отверстие диаметром d=100мм . Определить время полного опорожнения резервуар, если коэффициент расхода отверстия m=0,62 .

73. Определить КПД насосной установки. Насос подает 380 дм³ /мин мазута с плотностью 900 кг/м³ . Полный напор 30,8 м. Потребляемая двигателем мощность 2,5 кВт.

74. Определить высоту расположения оси центробежного насоса над свободной поверхностью воды в водоеме при следующих данных: диаметр всасывающей трубы 0,25 м.; расход воды 0,06 м³ /с; давление перед входом в насос 0,4×10⁵ Па; потери напора по длине и в местных сопротивлениях h_пот =0,8 м; плотность воды 1000 кг/м³ .

75. Насос перекачивает жидкость плотностью 960 кг/м³ из резервуара с атмосферным давлением в аппарат, давление в котором составляет 3,7 МПа. Высота подъема 16м. Общее сопротивление всасывающей и нагнетательной линий 65,6 м. Определить полный напор, развиваемый насосом.

76. Насос перекачивает жидкость плотностью 860 кг/м³ . Показание манометра на нагнетательном трубопроводе 0,18 МПа, показание вакуумметра на всасывающем трубопроводе перед насосом 29 кПа. Манометр присоединен на 0,5 м выше вакуумметра. Всасывающий и нагнетательный трубопроводы одинакового диаметра. Какой напор развивает насос?

77. Определить напор, развиваемый насосом, если вакуумметр на всасе показывает 0,01 МПа, а манометр на выкиде показывает 0,63 МПа. Расстояние по вертикали между точками присоединения вакуумметра и манометра 50 см.

78. Определить КПД поршневого насоса. Насос подает 200 л/мин мазута, плотность мазута 900 кг/м³ . Полный напор Н=20 м. Потребляемая двигателем мощность 1 кВт.

79. Определить объемный КПД поршневого насоса простого действия, если диаметр поршня d=200 мм; длина хода поршня S=480 мм; число оборотов в минуту n=55 об/мин. Производительность насоса равна 30 м³ /ч.

80. Определить коэффициент подачи первой ступени компрессора, техническая характеристика которого следующая: диаметр цилиндра D=300 мм, диаметр штока поршня d=60 мм, ход поршня S=160 мм, число оборотов n=600 об/мин, производительность компрессора, отнесенная к условиям всасывания равна Q=8 м³ /мин.

81. Определить производительность поршневого компрессора двойного действия, если диаметр поршня D=500 мм, диаметр штока поршня d=125 мм, длина хода поршня S=800 мм, число оборотов в минуту – 120, коэффициент подачи – 0,91.

82. Поршневой насос простого действия для воды с диаметром поршня D=150 мм, длина хода поршня S=200 мм, число ходов в минуту n=90, объемный КПД h_о =0,9. Определить подачу насоса.

83. Определить допустимую высоту всасывания поршневого насоса, если диаметр поршня D=250 мм, ход поршня S=150 мм, число двойных ходов в минуту n=60. Диаметр всасывающей трубы d=100 мм, ее длина l=6 м, вода с температурой 20⁰ С перекачивается из открытого резервуара.

84. Определить мощность поршневого насоса, подающего 32 т/ч нефти плотностью 836 кг/м³ , вязкостью n=0,6 10^-4 м² /с на высоту Н_Г =41 м. Длина напорного трубопровода l_н =620 м, его диаметр d_н =100 мм. Длина всасывающего трубопровода l_в =18 м, диаметр d_в =150 мм. Коэффициент полезного действия насоса 70%.

85. Определить мощность поршневого насоса, подающего 24,2 т/ч нефти плотностью 860 кг/м³ кинематической вязкостью 0,4 Ст на высоту 20 м по напорному трубопроводу диаметром 76 мм и длиной 600 м. Всасывающий трубопровод диаметром 150 мм имеет длину 12 м. Коэффициент полезного действия насоса 72%.

86. Рабочая жидкость с вязкостью n = 0,2 Ст и плотностью ρ= 900 кг/м³ подается в цилиндр пресса грузовым гидроаккумулятором по трубопроводу длиной l = 100 м и диаметром d = 30 мм. Вес груза аккумуляторат G = 380 кН; диаметр поршня D₁ =220 мм. Определить скорость движения плунжера, если усилие прессования F = 650 кН, а диаметр плунжера D₂ = 300 мм. Режим течения в трубе принять ламинарным. Весом плунжера пренебречь.

87. Определить давление, создаваемое насосом и его подачу, если преодолеваемая сила вдоль штока F - = 10 кН, а скорость перемещения поршня v _п = 0,1 м/с. Учесть потерю давления на трение в трубопроводе, общая длина которого l = 8 м; диаметр d = l 4 мм. Каждый канал распределителя по сопротивлению экви­валентен длине трубопровода I _э =100 d . Диаметр поршня D=100 мм, площадью штока пренебречь. Вязкость масла ν=l Ст; плотность р = 900 кг/м³ .

88. При испытании поршневого насоса двойного действия определено (по водомеру), что за 1 час им подано 15,1 м³ воды. Длина хода поршня S = 0,2 м, диаметр штока поршня d = 50 мм, диаметр поршня D = 150 мм, число двойных ходов в минуту n = 40. Определить объёмный КПД насоса.

89. Определить перепад давления в силовом

гидроцилиндре Δр_ц , шток которого нагружен постоянной

си­лой F =16 кН, если скорость подъема поршня равна

v_п = 0,2 м/с. Диаметры: поршня D = 60 мм; штока d_ш = 20 мм. Трубопровод, по кото­рому жидкость движется из гидроцилиндра через распреде­литель К в бачок, имеет длину

l = 6 м; диаметр d = 10 мм. Свойства жидкости: ν = 4 Ст; ρ = 850 кг/м³ . Со­противлением распределителя К пренебречь. Избыточное давление в баке считать равным нулю, нивелирные высоты не учитывать.

Указание. Следует записать уравнение равновесия поршня и из него выразить Δр_ц через давление p ₂ ,, которое является функцией скорости в трубопроводе.

90. Определить давление, создаваемое насосом, если длины трубопроводов до и после гидроцилиндра равны 1=5 м; их диаметры d _т = l 5 мм; диаметры: поршня D = = 60 мм; штока d_ш = 40 мм; сила на штоке F =1 кН; подача насоса Q = l,2 л/с; вязкость рабочей жидкости υ = 0,5 Ст; плотность ρ = 900 кг/м³ .

Примеры

Пример 1 Подобрать диаметр нефтепровода с таким расчётом, чтобы средняя скорость движения нефти в нём была близкой 1,2 м/с. по трубопроводу необходимо перекачивать 600 т/сут. нефти плотностью 885 кг/м³ при работе насосов 8 ч. в сутки.

Решение.

Из формулы средней скорости

v = =

определяем диаметр трубопровода:

d = .

d = = 0,158 м.

Из таблицы стандарта на нефтепроводные трубы выбираем два диаметра :

150мм < d < 200 мм.

Средняя скорость движения нефти при d = 150 мм

v = = 1,34 м/с;

средняя скорость движения нефти при d = 200 мм

v = = 0,745 м/с.

Принимаем скорость нефтепровода d = 150 мм, при котором средняя скорость движения нефти ближе к заданной.

Пример 2 Определить, какой напор необходимо создать в открытом резервуаре диаметром d_р =0,5 м, чтобы из отверстия диаметром d_о =0,05 м, расположенного в центре дна резервуара, вытекала струя расходом Q=5×10^-3 м³ /с.

Решение.

Истечение жидкостей будет происходить при полном совершенном сжатии струи, так как d_р -d_о /2 > 3d_о

Для определения необходимого напора воспользуемся формулой:

Н =

Коэффициент расхода отверстия μ= 0,62, тогда напор Н составит

Н = =0,86 м.

Пример 3 Определить объемный расход и скорость истечения воды из отверстия диаметром d₀ = 2,5·10^{-2 м в боковой стенке резер­вуара больших}

размеров. К отверстию присоединена короткая трубка одинакового с отверстием диаметра длиной l = 0,1 м. Напор над центром отверстия H=1,5 м.

Решение .

Воспользуемся уравнениями :

w = φ ; Q = μS .

Длина трубки составляет 4 d_o , т. о. трубку можно рас­сматривать как внешний цилиндрический насадок, для которой при больших числах Рейнольдса μ = φ =0,8.

Подставляя известные величины, находим:

w = 0,8 =4,36 м/с ;

Q = 0,8· = 2,13·10^-3 м³ /с.

Пример 4. Определить полезную мощность насоса, если объемная подача насоса равна 0,2 м³ /с, плотность жидкости 800 кг/м³ и напор 100 м.

Решение.

Определяем полезную мощность по формуле:

N_n =QНρg ;

N_п = 0,2·100·800·9,81 = 1,57·10⁴ Вт = 15,7 кВт.

Пример 5. Определить мощность, потребляемую насосом, если объемная подача равна Q=0,6 м³ /с, напор Н=300 м, плотность пере­качиваемой жидкости ρ=700 кг/м³ , коэффициент полезного действия насоса η = 0,8.

Решение.

Из формулы :

N = ;

N = = 1,54 ·10⁶ Вт = 1,54·10³ кВт.

5 Литература

Основная

1. Кремнецкий Н.Н. Штеренлихт Д.В. и др. Гидравлика. М., Энергия, 1980.

2. Пашков Н.Н., Долгачев Ф.М. Гидравлика. Основы гидрологии. М., Энергоатом издат, 1985

3. Холин К.М., Никитин О.Ф. Основы гидравлики и объемные гидроприводы. - М., Машиностроение, 1989.

4. Пантаев Н.Ф., Дианов В.Г. Основы теории автоматического регулирования и авторегуляторы.М., Недра, 1965

5. Мееров М.В., Михайлов Ю.Н., Фридман В.Г. Основы автоматического управления. М., Недра, 1979

6. Гордин Е.М., Стародуб К.Я. Автоматическое регулирование. М., Высшая школа, 1976

Дополнительная

7. Альтшуль А.Д., Калицун В.И. и др. Примеры расчетов по гидравлике. М., Стройиздат, 1975 9. Управление качеством продукции. Справочник.- М: Изд-во стандартов, 1985