Гидравлика, фильтры

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………….2

1. Понятие о напорных трубопроводных, их виды;

    гидравлические сопротивления, гидравлические потери

    в напорных трубопроводах; основное правило. Ответ

   сопровождать рисунками (схемами)………………………………………….3

2. Гидравлические фильтры: назначение, виды, устройство,

    принцип до применения……………………………………………………..15

3. Гидродинамические передачи: виды, назначение,

    схемы, применения…………………………………………………………..19

Заключение……………………………………………………………………...22

Список литературы……………………………………………………………..23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

"Гидравлика" происходит  от греческого "гидор", что означает "вода". Это понятие включает  в себя все законы, связанные  с водой. В наши дни понятие  "гидравлика" включает в себя  передачу и регулирование сил и движений с помощью жидкостей. То есть в качестве среды, передающей энергию, используется жидкость. В большинстве случаев применяются минеральные масла. Однако, возможно применение синтетических жидкостей, воды или эмульсий из воды и масел. Можно выделить два раздела. Это гидростатика, занимающаяся изучением покоящихся жидкостей (учение о равновесных состояниях жидкостей) и гидродинамика, занимающаяся изучением движения жидкостей (теория потока). Например, проблема передачи силы в гидравлических устройствах рассматривается гидростатикой. А преобразование энергии потока турбинами чисто гидродинамикой.

Гидравлика — наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей и рассматривающая  способы приложения этих законов  к решению конкретных практических задач. Гидравлика лежит в основе многих инженерных расчетов специальных сооружений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Понятие о напорных трубопроводных, их виды; гидравлические сопротивления, гидравлические потери в напорных трубопроводах; основное правило. Ответ сопровождать рисунками (схемами).

 

Напорные трубопроводы предназначены для подачи воды от насосных станций до водовыпускных  сооружений или до мест отбора воды из системы водоподачи.

 Протяженность напорных  трубопроводов может составлять  от нескольких десятков метров до десятков километров. При большой протяженности напорных трубопроводов их стоимость может превышать стоимость насосной станции со всем оборудованием, поэтому особенно важен правильный выбор прочностных показателей трубопроводов, зависящих от материала и толщины стенок труб.

Напорные трубопроводы проектируют в соответствии со СНиП 2.04.02—84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» и ВСН «Мелиоративные системы и сооружения. Насосные станции. Нормы проектирования».

Напорные трубопроводы мелиоративных насосных станций прокладывают в основном из железобетонных (сборных и монолитных), стальных и асбестоцементных труб. Чугунные трубы применяют в мелиорации относительно редко из-за высокой их стоимости и значительной массы. Не получили широкого распространения и пластмассовые трубы.

Железобетонные трубопроводы могут быть сборными и монолитными. Наиболее часто напорные трубопроводы прокладывают из сборных железобетонных труб, которые изготавливают методами виброгидропрессования на рабочее  давление 1… 1,5 МПа и центрифугирования на рабочее давление до 1 МПа.

Сборные железобетонные трубы подразделяют на три класса: I, II, III.

  Трубы I класса предназначены для прокладки трубопроводов с расчетным внутренним давлением до 1,5 МПа, II — до 1, III — до 0,5 МПа.

Соединение железобетонных труб раструбное. Стыки уплотняют  резиновыми кольцами круглого сечения (рис.1.). Упор препятствует выдавливанию уплотнительного резинового кольца и раструбной щели при воздействии на него внутреннего гидравлического давления. Гибкий стык допускает взаимное смещение труб в продольном направлении до 5 мм и прогиб в стыке до 1,5°.

Железобетонные трубы  с фланцевой арматурой и фасонными  частями соединяют с помощью  стальных вставок. Для соединения с  фланцевой арматурой предназначены втулка-фланец (ВВФ) и раструб-фланец (ВРФ), а для соединения с чугунными раструбами фасонными частями, стальными фасонными частями и чугунными трубами — втулка-гладкий конец (ВВГ) и раструб-гладкий конец (ВРГ).

 

 

 

Рис. 1. Раструбные соединения железобетонных сборных труб:

а — виброгидропрессованных; б— центрифугированных; 1, 2— раструбный и цилиндрический концы труб; 3—  упор; 4— уплотнительное кольцо

 

При прокладке сборных  железобетонных трубопроводов в  зимнее время траншеи засыпают сразу  же после укладки труб талым грунтом на высоту не менее 0,5 м над верхом трубы. Возможны различные виды опоры сборных железобетонных трубопроводов на грунт.

Монолитные железобетонные трубопроводы могут быть трех типов: из обычного монолитного железобетона, с предварительно напряженной арматурой и со стальным сердечником.

Для упрощения опалубки и удобства бетонирования наружную поверхность труб делают с расширением  в нижней части трубы (рис. 2).

 

 

 

Рис. 2. Сечения труб из монолитного железобетона

 

Поперечное сечение монолитных железобетонных трубопроводов, как правило, принимают круглым.

Стенки железобетонных монолитных трубопроводов не должны допускать образования трещин. В качестве гидроизоляции внутренних поверхностей может быть рекомендовано торкретирование с дополнительной затиркой и покрытием водонепроницаемыми шпаклевками на основе эпоксидных смол.

Для снижения напряжений, вызываемых температурно-усадочными деформациями и неравномерностью осадки основания, в железобетонных монолитных трубах предусматривают деформационные швы, конструкция которых должна обеспечить свободное перемещение торцов труб, соединяя секции без нарушения прочности и плотности соединения.

Глухую железобетонную муфту применяют также и для сборных железобетонных труб большого диаметра.

Рекомендуемые конструкции деформационных швов показаны на рисунке 3

 

 

 

Рис. 3. Стыки монолитных железобетонных труб:

а — глухая железобетонная муфта; 6— гибкий стык с помощью  трехкулачковой резиновой шпонки; 1 — цементный раствор; 2 — битумные маты; 3 — профилированная резина

 

Асбестоцементные трубы  подразделяют на три класса: ВТ9, ВТ 12 и ВТ 15 для рабочих давлений соответственно 0,9; 1,2 и 1,5 МПа.

Рабочим давлением является максимальное гидравлическое давление, при котором может быть использована труба данного класса при отсутствии внешней нагрузки. Класс труб определяют расчетом с учетом условий эксплуатации. Трубы каждого класса в зависимости от внешнего диаметра и длины разделяют на три типа.

Асбестоцементные трубы  соединяют с помощью муфт, которые  разделяют на самоуплотняющиеся асбестоцементные САМ-9, САМ-12, САМ-15 и чугунные фланцевые или муфты «Жибо» (рис. 4, а, б).

 

 

 

 

Рис. 4. Соединение асбестоцементных труб муфтами:

а — асбестоцементной САМ; 6 — чугунной; 1 — муфта; 2 —  труба

 

  В качестве уплотняющих материалов используют резиновые кольца. При соединении с помощью муфт САМ используют резиновые уплотняющие кольца фигурного, а при соединении с помощью муфт «Жибо» круглого сечения.

Асбестоцементные трубы соединяют с помощью муфт САМ, в пазы муфты вставляют резиновые уплотнительные кольца. Муфту надвигают на конец присоединяемой трубы, которую опускают в траншею, и центрируют с ранее уложенной трубой. Надвигают муфту на трубу винтовым домкратом, который закрепляют на ранее уложенной трубе.

При соединении труб чугунными фланцевыми муфтами на конец ранее уложенной трубы надевают фланец, резиновое кольцо и втулку-муфту, а на конец присоединяемой трубы — фланец и резиновое кольцо. Затем центрируют трубы точно по середине стыка, устанавливают втулку-муфту и к ней придвигают резиновые кольца и фланцы, которые затем стягивают болтами. Чугунная муфта допускает некоторое отклонение трубопровода от прямой линии (до 5°).

Достоинства асбестоцементных труб: небольшая масса, малая теплопроводность, достаточно хорошая коррозионная стойкость и относительно небольшое гидравлическое сопротивление. Недостаток — хрупкость, причем при ударах в стенках асбестоцементных труб могут образовываться незаметные на глаз трещины, которые значительно снижают прочностные показатели труб. Поэтому при транспортировке, разгрузке и монтаже асбестоцементных труб необходимо соблюдать меры предосторожности.

Стальные трубопроводы можно прокладывать как в грунте, так и открыто. Засыпные стальные трубопроводы выполняют цельносварными без анкерных и промежуточных опор и компенсаторов. Но для прокладки трубопроводов без анкерных и промежуточных опор необходимо, чтобы суммарные осевые усилия не превышали силы трения трубопровода о грунт.

Если трубопроводы с  анкерными и промежуточными опорами  проектируют в грунте, их рассчитывают по методике открытых трубопроводов.

Компенсаторы на стальных засыпных трубопроводах, уложенных  в грунте, устанавливают практически  только в местах резких изменений  температуры и грунтовых условий, в местах их примыкания к массивным железобетонным конструкциям и в местах, определяемых требованиями проведения работ. В последнем случае после завершения строительства компенсаторы заваривают.

При проходе трубопроводов  через стены сооружений предусматривают  сальниковые уплотнения, которые должны обеспечивать возможность продольных и поперечных перемещений трубы не менее чем на ±4 мм за счет снятия уплотнения.

  Места врезок в напорные трубопроводы, тройники, развилки усиливают эллиптическими и круговыми кольцами, полукольцами, стежками.

Наружную поверхность  стальных трубопроводов, проложенных  в грунте, защищают от коррозии.

Для защиты от воздействия  блуждающих токов, а также от почвенной  коррозии рекомендуют использовать электрохимический способ — катодную поляризацию. Однако в связи с тем,  что места прокладки напорных трубопроводов мелиоративных систем отдалены от крупных населенных пунктов и промышленных объектов, защита от блуждающих токов практически не требуется.

Трубы диаметром 1200 мм и  более нуждаются в защите и  внутренних поверхностей.

Открытые стальные трубопроводы чаще всего проектируют разрезными. При этом на каждом прямолинейном участке трубопровода, опирающемся на промежуточные опоры между двумя анкерными опорами, должен быть компенсатор (рис. 5).

 

Рис. 5. Ломпоновка узла напорных стальных открытых трубопроводов

насосной станции большой  подачи (размеры в см):

1 - ось насосных агрегатов; 2 - температурно-осадочные компенсаторы; 3 - анкерная опора; 4 - промежуточная  опора каткового типа; 5 - температурный  компенсатор

Значительно реже открытые трубопроводы проектируют неразрезными — с гибким коленом и криволинейной осью. Неразрезные трубопроводы с гибким коленом применяют только там, где участок трубопровода используют в качестве коллектора для присоединения отводов к насосам.

Неразрезные трубопроводы с криволинейной осью прокладывают при пересечении железных дорог, оврагов и рек шириной до 100 м.

Анкерные опоры предусматривают  не реже чем через 200 м по длине  открытых трубопроводов, а также  во всех местах изменения направления трубопровода (рис6).

 

 

Рис. 6. Анкерная опора:

1 — анкер; 2 — хомут

 

 

  В отдельных случаях при малых углах наклона трубопроводов расстояние между анкерными опорами может быть принято более 200 м; в этих случаях компенсатор располагают в середине пролета.

Минимальную длину заделки  трубопровода в анкерную опору определяют из условия работы бетона на скалывание под действием осевых сил.

Анкерные опоры рассчитывают на сумму сил, возникающих в результате воздействия на трубопровод температуры, трения воды о стенки трубопровода, гидростатического и гидродинамического воздействия воды в местах изменения сечения и на поворотах трубопровода, действующих одновременно в самом невыгодном сочетании для загружения опоры.

Расчетные нагрузки на опору  определяют для участка трубопровода длиной, равной анкерному пролету. При разрезной системе трубопровода фундамент опоры воспринимает нагрузку с верхнего участка от компенсатора до оси анкерной опоры и с нижнего участка от оси опоры до компенсатора.

На участках между  анкерными опорами устраивают промежуточные, воспринимающие поперечные силы, действующие на трубопровод, и силы трения, возникающие при температурных перемещениях трубопровода.

 Промежуточные опоры  могут быть трех типов: седловые  для трубопроводов диаметром до 1000 мм, кольцевые со скользящими опорными устройствами для трубопроводов диаметром до 1600 мм и кольцевые с катковыми опорными устройствами для трубопроводов диаметром более 1600 мм (см. рис. 7).

 

Рис. 7. Промежуточная опора каткового  типа:

1 — катковая опора; 2— опорное кольцо; 3 — напорный трубопровод

 

 В конструкции промежуточной  опоры предусматривают возможность  регулирования положения трубопровода  с помощью прокладок и клиновых  устройств. Опорные кольца промежуточных  опор должны опираться в двух точках. В катковых опорах обязательны промежуточные устройства для катков и упоры против перемещения трубопроводов в поперечном направлении.

 Компенсаторы могут быть  сальникового типа, а при специальном обосновании — тарельчатые или линзовые (рис. 8, а, б).

 

 

Рис. 8. Компенсаторы:

 

а — тарельчатый; б — линзовый

 

Оболочку трубопровода при необходимости усиливают кольцами жесткости. Кольца жесткости выполняют таврового сечения из листовой стали. Для проведения монтажных работ и возможности осмотра открытые трубопроводы прокладывают так, чтобы между низом трубы и поверхностью земли было не менее 0,6 м.

К стальным открытым трубопроводам  могут быть отнесены также соединительные линии плавучих насосных станций. Их обычно выполняют однопролетными,с шаровыми шарнирами (рис. 9).

 

 

 

 

Рис. 9. Шаровой шарнир для соединения трубопроводов плавучей насосной станции:

1 — неподвижная часть; 2— подвижная  часть; 3 — сальниковая набивка

  Такое соединение обеспечивает возможность перемещения плавучих насосных станций по высоте в значительных пределах.

Стальные трубы можно использовать для любых диаметров и давлений, но в связи с дефицитностью  стали их применяют лишь в тех  случаях, когда другие трубы использовать нельзя.

Все трубопроводы, кроме  стальных, прокладывают только в грунте. Стальные трубопроводы могут быть проложены  как в грунте, так и открыто.

При выборе трассы трубопровода необходимо соблюдать следующие условия:

трасса должна проходить  на устойчивых к оползанию участках местности;

трубопровод целесообразно  прокладывать с непрерывным подъемом, участки с обратным уклоном допускаются  как исключение;

для опорожнения напорных трубопроводов их необходимо прокладывать с уклоном не менее 0,001 по направлению  к выпуску;

желательно избегать поворотов трассы трубопровода в  плане и вертикальной плоскости.

В переломных точках профиля  трубопроводов во избежание скопления  воздуха устанавливают вантузы. Конструкции вантузов для выпуска  воздуха показаны на рисунке 10.

 

 

Рис. 10. Вантузы для выпуска воздуха:

а — шаровой: 1 — корпус; 2— шар; 3 — втулка; 6— рычажный: 1 — корпус; 2— крышка; 3 шар-поплавок; 4— тарель; в — мембранный: 1 —  подводящий патрубок; 2— корпус; 3 —  мембрана; 4 — дроссель; 5— отверстие  клапана; 6— поплавок

 

Чугунные и пластмассовые трубы в мелиорации применяют редко. Использование чугунных труб ограничено их высокой стоимостью и значительной массой. Соединение труб раструбное. Чугунные трубы промышленность выпускает двух типов: с уплотнением стыков пеньковой прядью с заделкой асбестоцементным раствором и с уплотнением резиновыми манжетами диаметрами 65-300 мм.

Чугунные трубы диаметром 65-300 мм выпускают длиной 2-6 м, а диаметром 400-1000 мм — 5-10 м. Соединения с использованием резиновых манжет для них более удобно, поскольку они обеспечивают большую гибкость стыка, допускают угловую (до 4°) деформацию трубопроводов. Монтаж в этом случае полностью механизирован.

Чугунные трубы по сравнению со стальными более  устойчивы к коррозии, поэтому  более долговечны, и в процессе эксплуатации их гидравлическое сопротивление практически не изменяется.

Пластмассовые трубы  изготавливают в основном из полиэтилена  и винилпласта. Промышленность выпускает трубы диаметром 10-630 мм. Соединяют трубы сваркой.

Пластмассовые трубы  не подвержены электрохимической коррозии, потери напора в них на 30 % меньше, чем в стальных трубах.

 Недостатками пластмассовых труб являются— невысокое сопротивление раздавливанию и высокий коэффициент линейного расширения.

Повышение давления при  гидравлическом ударе является  определяющим факторов при выборе прочностных показателей труб.

Рассчитывают прочностные  показатели труб внешней нагрузки трубопровода при наличии в нем вакуума (больше это относится к стальным трубам большого диаметра). Поэтому должны быть использованы средства защиты от гидравлического удара.

Средства защиты от гидравлического  удара можно разделить на две  большие группы:

 первая - средства  защиты, предназначенные для сброса  воды из напорных трубопроводов,

 вторая - средства  защиты, препятствующие развитию значительных скоростей движения воды в обратном направлении.

К сбросу воды без применения насосов прибегают лишь в тех  случаях, когда через насосы он невозможен.

 

2. Гидравлические фильтры: назначение, виды, устройство, принцип до применения.

 

Фильтры гидравлического  масла являются важным элементом  гидравлических систем, используемых как в автотранспортной отрасли, так и в других отраслях.

Гидравлические системы  подвергаются большим нагрузкам, причём от них требуется высокая надёжность. Выполнение этих требований зависит  как от  хороших свойств масла, так и  от прочности отдельных элементов системы (насосов, клапанов, уплотнений, приводов и пр.).

Отдельные элементы гидравлической системы подвергаются воздействию высокого давления, истиранию и эрозии.

Для того чтобы избежать всех этих воздействий используются фильтры гидравлического масла.

Фильтры гидравлического  масла представляют собой сменные  фильтрующие элементы, помещённые в  разъёмный корпус.

В зависимости от требований гидравлической системы они содержат фильтрующие перегородки, изготовленные из металлической сетки или из специальных фильтрующих материалов, усиленных металлическими сетками.

Такие фильтры служат для защиты гидравлических систем машины и используются в гидроприводах, гидроусилителях, тормозных системах грузовых автомобилей и другой тяжелой техники. Они способствуют меньшему износу механизмов, повышению эффективности их работы и снижают вероятность преждевременного выхода их из строя.

Рис. 11. Фильтр гидравлического масла

 

Существует несколько  разновидностей гидравлических фильтров: всасывающие фильтры, сливные, напорные и возвратные фильтры.

Гидравлические фильтры  приспособлены для работы в экстремальных  условиях: под действием высокого давления и динамических изменений расхода масла. В течение всего периода эксплуатации они сохраняют высокую эффективность удаления загрязнений из гидравлического масла.

Чтобы гарантировать  лучшие эксплуатационные условия гидравлической системы специальные фильтры  должны очищать гидравлическое масло. Основные виды загрязнения, присутствующего в масле включают:

- Отстой, который появляется от небольших частиц пыли, вследствие сильного трения движущихся элементов и от химического распада масла;

- Твердые частицы грязи,  пыли и металлические осколки, которые могут вызвать быстрые и непредвиденные поломки, например повреждение клапана, защемление подвижных частей насоса, клапанов или двигателей сервомотора.

Задача фильтра - удалить  эти загрязнения из системы.

Системы фильтрации в  гидравлических системах могут быть подразделены на:

- Полнопоточные системы,  отличающиеся тем, что фильтр  помещается в систему напрямую, поэтому всё масло проходит  через фильтр. Из соображений  безопасности такие системы должны  включать в себя клапан обхода, расположенный внутри фильтра или в его кожухе;

- Частичнопоточные системы,  в которых фильтр установлен  параллельно системе подачи масла,  поэтому только часть масла  проходит через него. Этот тип  систем имеет достаточно низкий уровень эффективности;

- Комбинированная система фильтрации, включает в себя свойства обеих этих систем. Эта система гарантирует самую высокую эффективность очистки масла.

 Исходя из конструкционных  особенностей гидравлические фильтры  могут быть разделены на:

  - Решетчатые фильтры, в которых фильтрующие элементы сделаны из металлической сетки с плотным переплетением. Они имеют низкую эффективность очистки, поскольку они могут останавливать только большие частицы. Их преимущество - возможность повторного использования после полной очистки самого фильтра;

- Щелевые фильтры,  сделаны из металлических пластин,  опущенных в смолу. Их очистная  способность выше, чем у решетчатых  фильтров;

- Поверхностные фильтры,  сделанные из бумажной или нетканой ткани, часто плиссированной, с частой стальной сеткой. Эти фильтры имеют очень хорошую фильтрующую способность и высокую механическую прочность. Они наиболее популярны в гидравлических системах.

В результате применения гидравлических фильтров FILTRON из масла  системы эффективно удаляются вредные  для точных элементов системы загрязнения, гарантируя правильное действие системы. Фильтрующие перегородки, применяемые в гидравлических фильтрах FILTRON изготовлены из материалов высшего качества, гарантирующих эффективное

удаление загрязнений.

 

Рис. 12. Схема действия гидравлического фильтра.

 

Современная конструкция  гидравлических фильтров и их высокое, стабильное качество обеспечивает большую  стойкость фильтра против повреждений, вызванных действием высоких давлений, гарантируя одновременно соответственную поглощаемость и эффективность, что, в результате, обеспечивает правильное действие гидравлических систем.

 

 

3. Гидродинамические  передачи: виды, назначение, схемы, применения.

 

Гидродинамическая передача - это механизм для бесступенчатого изменения частоты вращения вала машин.

  Рабочий процесс   гидродинамической передачи  осуществляется за счёт работы лопастных насоса и турбины.

       Гидродинамическая передача    была предложена в начале 20 в. в виде центробежного насоса и турбины, сближенных так, что их колёса образуют горообразную полость, заполненную рабочей жидкостью — маловязким маслом или водой. Побудителем движения жидкости является насос, колесо которого соединено с двигателем, энергия, полученная жидкостью от насоса, передаётся турбиной.

Гидродинамическая передача, содержащая  два колеса, называется гидродинамической муфтой (гидромуфтой). Она состоит из  рабочего колеса насоса и рабочего колеса гидротурбины, установленных на ведомом валу.

В номинальном режиме частота вращения турбинного вала гидромуфты на 1,5—4% меньше частоты вращения вала насоса; кпд гидромуфты составляет 95—98%.

   Гидротрансформаторы имеют три лопаточных колеса (насосное, направляющего аппарата и турбинное) или более. Они бывают с одно- или многоступенчатой турбиной.

С многоступенчатой турбиной удаётся  изменить частоту вращения вторичного вала и получить больше оборотов на турбинном колесе по сравнению с оборотами на валу насоса в режиме страгивания, т. е. когда турбинный вал полностью остановлен.

Гидродинамическая передача  допускает регулирование крутящего момента за счёт изменения заполнения их рабочей полости. Этот способ широко применяется для регулирования гидромуфт.

 Чтобы уменьшить  падение кпд в гидротрансформаторах, регулирование ведут поворотом  лопастей рабочих колёс. В некоторых конструкциях гидротрансформаторов предусматривается отключение направляющего аппарата, что обращает механизм в гидромуфту.

Гидродинамическая передача    строится с передаточным отношением от 0,6 до 6 и кпд 0,86—0,92. Раздельная               гидродинамическая передача  - это отдельно расположенные насос и турбина, соединённые трубами. Такая передача позволяет произвольно размещать турбину относительно двигателя, дробить мощность двигателя между несколькими потребителями и, наоборот, суммировать мощность нескольких двигателей для привода одной машины.

Несмотря на то, что  кпд раздельных   гидродинамических передач              составляет 65—70%, они находят всё большее применение в тех случаях, когда приводимая машина должна размещаться в месте, где невозможно или затруднено обслуживание: приводы буровых установок, насосы топливных систем летательных аппаратов, насосы химических установок и др.

Наибольшее применение    гидродинамические передачи,                      как автоматически действующие бесступенчатые передачи, нашли применение в автомобилях, на тепловозах, в судовых силовых установках, в приводах питательных насосов и дымососов ТЭЦ. Мощность приводимых через гидромуфты насосов ТЭЦ доходит до 25000 квт.

Гидродинамический привод отличается от объемного тем, что в нем, кроме энергии давления, используется кинетическая энергия потока жидкости. Силовой частью гидродинамического привода является гидропередача, осуществляющая преобразование механической энергии двигателя в энергию потока, а затем преобразующая энергию потока жидкости в механическую энергию рабочего органа.