Решение: Экзаменационный билет №24, Вопрос 1 - Гидравлический удар

Экзаменационный билет № 24 Вопрос 1. Гидравлический удар в трубах. Расчет времени закрытия задвижки. Гидравлический удар — это резкое повышение давления в трубопроводе при внезапном изменении скорости движения жидкости (например, при быстром закрытии задвижки). Кинетическая энергия движущейся жидкости переходит в потенциальную энергию деформации стенок трубы и сжатия жидкости. Различают два вида удара: 1. Полный (прямой) удар: время закрытия задвижки \( t_{зак} \) меньше времени пробега ударной волны до конца трубы и обратно. 2. Неполный (непрямой) удар: время закрытия задвижки \( t_{зак} \) больше времени пробега волны. Повышение давления при прямом гидроударе определяется по формуле Жуковского: \[ \Delta p = \rho \cdot c \cdot v \] где: \( \rho \) — плотность жидкости; \( v \) — скорость жидкости до закрытия; \( c \) — скорость распространения ударной волны. Скорость ударной волны \( c \) вычисляется по формуле: \[ c = \frac{c_0}{\sqrt{1 + \frac{E_{ж} \cdot d}{E_{тр} \cdot \delta}}} \] где \( c_0 \) — скорость звука в жидкости, \( E_{ж} \) и \( E_{тр} \) — модули упругости жидкости и материала трубы, \( d \) — диаметр, \( \delta \) — толщина стенок. Фаза удара (время прохода волны туда и обратно) определяется как: \[ T_{ф} = \frac{2L}{c} \] где \( L \) — длина трубопровода. Для предотвращения опасного повышения давления необходимо, чтобы время закрытия задвижки \( t_{зак} \) было больше фазы удара: \[ t_{зак} > \frac{2L}{c} \] В этом случае удар будет неполным, и максимальное давление рассчитывается с учетом времени закрытия: \[ \Delta p_{неполн} = \Delta p_{прям} \cdot \frac{T_{ф}}{t_{зак}} = \frac{2 \cdot \rho \cdot L \cdot v}{t_{зак}} \] Вопрос 2. Устройства управления. Конструкция и принцип действия крановых, золотниковых и клапанных распределителей. Гидравлические распределители предназначены для изменения направления, пуска или остановки потока рабочей жидкости в гидросистемах. 1. Крановые распределители. Конструкция: Состоят из корпуса и поворотной пробки (конической или цилиндрической) с каналами. Принцип действия: При повороте пробки вокруг своей оси каналы в пробке совмещаются с отверстиями в корпусе, соединяя линии нагнетания с нужными полостями исполнительного механизма. Применение: В основном в качестве вспомогательных устройств из-за сложности обеспечения герметичности при высоких давлениях. 2. Золотниковые распределители. Конструкция: Основной элемент — цилиндрический золотник с поясками, который перемещается вдоль оси отверстия в корпусе. Принцип действия: При осевом смещении золотника его пояски открывают или перекрывают соответствующие каналы в корпусе. Это позволяет перенаправлять поток жидкости. Преимущества: Компактность, простота управления, возможность работы при высоких давлениях. Это самый распространенный тип распределителей в современной технике. 3. Клапанные распределители. Конструкция: Запорным элементом служит клапан (шарик или конус), который прижимается к седлу. Принцип действия: Поток жидкости перекрывается при посадке клапана на седло и открывается при его подъеме (механическим, электромагнитным или гидравлическим способом). Преимущества: Высокая герметичность (практически полное отсутствие утечек), что критически важно для фиксации рабочих органов под нагрузкой. Однако они более громоздки по сравнению с золотниковыми при реализации сложных схем.