Hydraulika

Ciśnienie bywa podawane w różnych jednostkach:

Paskalach Pa i MPa, barach (bar) atmosferach (atm) 1atm= 0,101325MPa, funtach na cal (psi; 1atm = 14,696 psi) atmosfera techniczna (at= 0,098 MPa) tor (Tr) 1 Tr=133,322Pa

gęstość dla substancji jednorodnych

p=m/V

gęstość dla substancji niejednorodnych

p=dm/dV

Przyrząd do pomiaru gęstości

Areometr

Dokładność pomiaru areometrycznego zależy od

objętości bańki, przekroju poprzecznego trzpienia oraz zakresu skali

Wilgotność bezwzflędną wyrażamy w

mówimy o stosunku masy pary wodnej do objętości powietrza wilgotnego, kilogramach na metr sześcienny

Punkt rosy

to jest temperatura przy której wilgotność względna wynosi 100% i zaczyna się wykraplanie, czyli pozbywanie się nadmiaru wody z powietrza.

współczynnik rozszerzalności objętościowej

Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta objętość oleju. Zależność te charakteryzuję współczynnik rozszerzalności objętościowej alfa=1/V razy deltaV/delta T

prawo Gay-Lussaca

Sprężone powietrze przy stałym ciśnieniu zmienia swoją objętość w zależności od zmiany temperatury V1/V2=T1/T2

Dla powietrza (ściślej dla gazu doskonałego) współczynnik rozszerzalności cieplnej objętościowej wynosi.

alfa=0,00366

Równanie Newtona na naprężenie styczne w cieczy lepkiej

naprężenie styczne tau= u razy d x z kropką / dy

Własności fizyczne cieczy – lepkość (jednostki)

u współczynnik lepkości dynamicznej, Puaz – jednostka lepkości dynamicznej w układzie jednostek CGS 1P=10^-1 N*s/m^2

współczynnikiem lepkości kinematycznej (zwany także współczynnikiem zawiesistości)

takie smieszne v=u/p, Stokes St=1cm^2/s

Stopień Englera

jest to stosunek czasu wypływu oleju do czasu wypływu wody destylowanej o objętości 200 cm3 ze zbiornika o średnicy 106 mm przez dyszkę 2,9 mm przy wysokości zwierciadła 52 mm i stałości temperatury cieczy.

Lepkość cieczy zależy od temperatury według związku Herschela o postaci:

u=A razy T^-k

Zależność lepkości od ciśnienia

Lepkość cieczy wzrasta ze wzrostem ciśnienia. Wzrost ten jest tym większy, im wyższa jest wartość nominalna lepkości cieczy bądź też im niższa jest temperatura cieczy

Górna granica lepkości, tzw. lepkość startu:

umax=800*/* 1200cP

Dolna granica lepkości

umin=10cP

Zgodnie z prawem Daltona można zapisać:

CG=Vc*p/p0 *alfa V gdzie: VG - rozpuszczona objętość gazu, Vc - objętość cieczy, p0 - ciśnienie atmosferyczne, p - ciśnienie absolutne, alfa v - współczynnik Bunsena.

Współczynnik Bunsena podaje

jaka procentowa objętość gazu może zostać rozpuszczona w normalnych warunkach, tj. odniesiona do ciśnienia atmosferycznego (0,1 MPą) i temperatury 0C w jednostce objętości cieczy.

Ciepło właściwe oleju

jest około dwukrotnie mniejsza niż dla wody. Wywnioskować z tego możemy, że 1 kg czynnika jest w stanie przyjąć przy podgrzaniu o 1 C dwukrotnie mniej energii.

w układzie na bazie oleju mogą wystąpić problemy z odprowadzaniem nadmiaru ciepła. Rozwiązać ten problem możemy poprzez

zastosowanie wymienników ciepła lub zwiększając ilość oleju w układzie.

Zasada zachowania masy

Wpływająca masa cieczy do określonej objętości pomniejszona o wypływającą masę cieczy równa jest masie cieczy znajdującej się w rozpatrywanej objętości.

Zasada zachowania energii

Zakładając, że przepływ cieczy jest jednowymiarowy, nieściśliwy i beztarciowy, można ustalić, że na element cieczy działają siły ciężkości, siły ciśnienia i bezwładności. Siły te muszą być w równowadze.

równania Bernoulliego definicja

Równanie Bernouliego mówi, że suma trzech energii, a mianowicie energii potencjalnej, energii ciśnienia oraz energii kinetycznej, dla przepływającej cieczy doskonałej ma wartość stałą.

rownani bernouliego wzory na kartce

p dodac y razy z dodac p razy v^2 /2 = const

Zasada zachowania pędu

Pochodna pędu układu względem czasu jest równa sumie sił działających na ten układ: Fz kreską = delta/ delta t razy m razy v z kreską

Rodzaje przepływów

uwarstwiony (laminarny) i burzliwy (turbulentny)

Liczba Reynoldsa

przedstawia sobą stosunek sił bezwładności (p·v2 ) do sił lepkości (u·v/l), a więc:

Jako wartość krytyczną liczby Reynoldsa dla przewodów o przekroju kołowym przyjmuje się

Rekr = 2300.

Jeśli dla określonych warunków przepływu liczba Reynoldsa Re < Rekr

przepływ cieczy jest uwarstwiony,

Średnica hydrauliczna DH jest zdefiniowana jako

stosunek 4-krotnego przekroju przepływu A do obwodu zwilżenia U: DH=4A/U

Równanie Hagena-Poiseuilla

natężenie przepływu laminarnego określonej cieczy w przewodzie jest wprost proporcjonalne do różnicy ciśnień między dwoma przekrojami i do średnicy w czwartej potędze, a odwrotnie proporcjonalne do długości przewodu i lepkości dynamicznej.

Liniowe straty ciśnienia

Zal Hagena-Poiseulilla ważna jest dla przepływów laminarnych. W tym przypadku spadek ciśnienia rośnie liniowo wraz ze wzrostem prędkości cieczy. Pow pewnej gran prędkości może się zdarzyć jednak, że liczba Reynoldsa będzie większa od kryt.

straty ciśnienia w prostoosiowych przewodach można zapisać następująco (wzór ten jest zwany wzorem Darcy’ego):

deltap = y razy lambda razy l/d razy v^2/2g

Do typowych oporów miejscowych zaliczamy:

nagłe zwiększenie przekroju przepływu ➢ nagłe zmniejszenie przekroju przepływu ➢ nagłe zmiany kierunku przepływu ➢ elementy układu hydraulicznego

Miejscowe straty przepływu to najczęściej:

• zmiany przekrojów przepływu, • zmiany kierunku przepływu

Kawitacja zależy od

od własności fizykochemicznych cieczy, jak i od parametrów przepływu

Przyczyną wystąpienia kawitacji jest

lokalny spadek ciśnienia cieczy do ciśnienia wrzenia lub wydzielania się gazów rozpuszczonych w przepływającej cieczy

Przyrost ciśnienia w miejscu implozji sięga

100*/*1000MPa

Ciśnienie krytczne – ciśnienie, przy jakim powsaje kawitacja. Zależy ono między innymi od:

➢ Rodzaju cieczy i jej temperatury ➢ Zawartość rozpuszczonych i nieruzpuszczonych gazów oraz cząstek stałych ➢ Stanu termodynamicznego cieczy ➢ Stanu ruchu cieczy ➢ Sposobu wytwarzania kawitacji

Zarodek kawitacyjny

mikropęcherzyk gazu, pary lub mikroskopijna cząstka stała niezbędna do powstawania kawitacji

Implozja

nagłe zmniejszenie się rozmiarów pęcherzyka prowadzące też do jego zzaniku.

Kawitacja ubytek masowy

Brąz aluminiowy najmniejszxy, żeliwo największy

Superkawitacja

Superkawitacja występuje wtedy, gdy pęcherz kawitacyjny obejmuje cały opływany obiekt i rozciąga się daleko poza jego krawędzi Spływu. Tak opływany obiekt generuje mniejszą siłę nośną i niemal zerowy opór tarcia.

Kawitacja – metody eliminacji

• Zwiększenie ciśnienia w komorze wyporowej (uzyskiwana poprzez zwiększenie NPSH net positive suction head, Zwiększenie ciśnienia czynnika roboczego przez obniżenie temperatury na wlocie cieczy pompy, Zmiana konstrukcji pompy

Ujemne skutki kawitacji

-zużycie erozyjne elementów -straty mocy -drgania -zapowietrzenie układu -hałas o znacznej amplitudzie -obniżona sprawność pomp

Pozytywne wykorzystanie kawitacji

➢ Czyszczeniey ➢ Przemyśle chemicznym i spożywczym ch polimerów rozpuszczonych w cieczy ➢ Intensyfikacja procesów chemicznych ➢ Sterylizacja cieczy ➢ Cięcie twardych materiałów ➢ Drążenie otworów ➢ W medycynie – zastosowania kamieni nerkowych,

Obliteracja

zjawisko zarastania, zamulania szczelin. Obliteracja jest szczególnie zauważalna w elementach i układach mikrohydraulicznych lub przy przepływie oleju przez szczelinę o małych wymiarach. Stwarza to zagrożenie niedrożności.

Obliteracja O zaistnieniu tego zjawiska decydują parametry takie jak

klasa czystości cieczy, zakres zmienności współczynnika lepkości oleju hydraulicznego, spadki ciśnienia oraz sposób sterowania zaworów

obliteracja baza

- osadzanie się smolistych

Rodzaje zanieczyszczeń stałych

• Cząstki stałe twarde i o ostrych krawędziach • Cząstki miękkie i galaretowate • Substancje rozpuszczone w cieczy roboczej

Źródła i przyczyny zanieczyszczeń

zanieczyszczenie zewnetrzne, montaż, początkowe, wewnętrzne, ruchome elementy napedzane, swieży olej, naprawy

Usytuowanie filtrow

a) filtr po stronie stawnej b) tłoczony niskociśnieniowy c) tłoczony wysokociśnieniowy d) e) zalewkowy f) układ filtracji niezależnej

o stałym i zmiennym kierunku tłoczenia

o stałym i zmiennym kierunku tłoczenia

o stałym i zmiennym kierunku przepływu

Możliwość zmiany wydajności

1. Stała wydajność - zębate - śrubowe 2. Zmienna wydajność (nastawialna) - łopatkowe - wielotłoczkowe

symbole pomp wyporowych

Pompa zębata o zazębieniu zewnętrznym

Zalety: ➢

Pompy śrubowe

Zalety: ➢

Pompa tłokowa z tłokami niewirującymi

Zalety: ➢

Pompa wielotłokowa osiowa z wychylnym wirnikiem o stałej wydajności

Pompa wielotłokowa osiowa z wychylnym wirnikiem o zmiennej wydajności

Pompy łopatkowe

Zalety: ➢ możliwość zastosowania regulatorów ciśnienia i wydajności, ➢ niski współczynnik nierównomierności wydajności, ➢ niski poziom emisji hałasu. Wady: ➢ wymagają dokładnej filtracji, ➢ niskie ciśnienia robocze, ➢ niska trwałość.

pompa

pompa