Гидродинамический напор

Кориолисовы расходомеры

Принцип действия этих расходомеров опирается на эффект Кориолиса: изменение фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется жидкость, газ или пар. Сдвиг фаз зависит от массового расхода. Сила Кориолиса, которая воздействует на стенки колеблющейся трубки, меняется под напором воды или пара.

Преимущества:

• Прямое измерение массового расхода.
• Осадки не влияют на измерения.
• Нет препятствий во внутреннем сечении.
• Измерение расхода жидкостей не зависит от их электрической проводимости.

Недостатки:

• Высокая стоимость.
• Строгие требования к технологии изготовления.
• Влияние вибраций на метрологические характеристики.

Сравнив достоинства и недостатки разных видов оборудования, несложно понять, почему самыми востребованными остаются электромагнитные расходомеры: они недорогие, точные и практичные. Через каталог компании «Интелприбор» вы можете заказать измерительные модули высокого качества. Мы не только поможем выбрать оборудование, но также установим его и обеспечим техобслуживание.

Виды давления в отопительной системе

Выделяют два вида:

• статистическое;
• динамическое.

Что такое статическое давление системы отопления? Это то, которое создаётся под воздействием силы притяжения. Вода под собственным весом давит на стенки системы с силой пропорциональной высоте, на которую она поднимается. С 10 метров этот показатель равен 1 атмосфере. В статистических системах не задействуют нагнетатели потока, и теплоноситель циркулирует по трубам и радиаторам самотеком. Это открытые системы. Максимальное давление в открытой системе отопления составляет около 1,5 атмосферы. В современном строительстве такие методы практически не применяются, даже при монтаже автономных контуров загородных домов. Это связано с тем, что для такой схемы циркуляции надо применять трубы с большим диаметром. Это не эстетично и дорого.

Динамическое давление в системе отопления можно регулировать

Динамическое давление в закрытой системе отопления создается искусственным повышением скорости потока теплоносителя при помощи электрического насоса. Например, если речь идет о многоэтажках, или крупных магистралях. Хотя, теперь даже в частных домах при монтаже отопления используют насосы.

Каждая из систем отопления имеет свой допустимый предел прочности. Иными словами, может выдержать разную нагрузку. Чтобы узнать какое рабочее давление в закрытой системе отопления, надо к статическому, создаваемому столбом воды, добавить динамическое, нагнетаемое насосами. Для правильной работы системы, показания манометра должны быть стабильными. Манометр – механический прибор, измеряющий силу,  с которой вода движется в системе отопления. Он состоит из пружины, стрелки и шкалы. Манометры устанавливаются в ключевых местах. Благодаря им можно узнать какое рабочее давление в системе отопления, а также выявлять неисправности в трубопроводе во время диагностики.

Силы гидродинамического давления

На обтекаемые потоком элементы сооружения действуют силы, слагающиеся из касатель­ных и нормальных напряжений. Касательные напряжения направ­лены в сторону течения и практически ощутимы только при весьма больших скоростях.

Нормальные напряжения (давление) обусловлены весом жидкости и изменением направления течения (скоро­сти) при набегании потока на элементы конструкций, при изменении направления течения твердыми границами русла, при встрече с со­оружением волн, свободных струй и др. При срыве вихрей с тела, обтекаемого жидкостью, появляется сила, возбуждающая колеба­ния.

При изменении во времени скорости движения жидкости в на­порном водоводе (например, в процессе открытия или закрытия водовода) возникает гидравлический удар.

Силу гидродинамического давления на конструкцию в потоке, например на опору (гаситель, стойка), определяют по формуле

(2.1)

  где Сх – коэффициент лобового сопротивления, зависящий от фор­мы обтекаемого водой тела;

  – плотность воды;  

 – площадь миделева сечения;

v – средняя скорость.

При частичном или пол­ном, но незначительном погружении тела под уровень свободной поверхности на величине Wсказывается неуравновешенность сил гидростатического давления, возникающая за счет разности уров­ней до и после тела (перепад), что может быть учтено соответству­ющим значением Сх. Сила давления на обшивку частично открытого затвора, на но­сок водослива    (рис. 2.2, а), оголовок   водоприемного отверстия, плиту водобоя (рис. 2.2, б) или участок стенки напорного водосбро­са (рис. 2.2, в) определяют по эпюре давления.

При определении давления в некоторой точке поверхности конструкции полное давление удобно представлять в виде суммы гидростатического давления и давления, обусловленного движением жидкости – гидродинамического давления:

               (2.2)

  Полное давление в данное мгновение определяется как сумма осредненного по времени полного давления р и пульсационной составляющей  р’, что с учетом (2.2) дает

      (2.3)

  где черта над р – знак осреднения.

  Рис. 2.2 Эпюры гидродинамической  составляющей давления  рдин  потока на элементы конструкций

                        (2.4)

                    (2.5)

  где Ср – коэффициент давления; – коэффициент пульсации.

Коэффициент давления в одних случаях определяют по форму­лам, полученным аналитическим путем, в других – по полуэмпири­ческим формулам или непосредственно из лабораторного экспери­мента.

Величина пульсационной составляющей изменяется во времени от нуля до экстремальных значений, равных амплитуде А пульса­ции давления (половина размаха пульсации).

Случайный характер изменения во времени величины р’ требует статистического описа­ния процесса пульсации. Основной характеристикой стационарного процесса пульсации (т. е.

С учетом осреднения давления по площади сила гидродинамиче­ского давления равна

          (2.6)

  где Р – площадь приложения силы.

В расчет вводится максимально возможное значение р’, равное увеличенному в 3-5 раз стандарту пульсации.

В ряде случаев при расчете конструкции на гидродинамическую нагрузку недостаточно знать ее осредненное или максимальное значение. Сила гидродинамического давления действует с некото­рой частотой, вызывает колебания сооружения или его элементов.

Под   воздействием   гидродинамиче­ских нагрузок могут возникнуть автоколебания   (устойчивые незатухающие вынужденные колебания, которые вызываются силовыми им­пульсами, возникающими при взаимодействии конструкции с потоком) или резонанс (при котором частота возмущений совпадает с собствен­ной частотой системы).

При динамическом расчете учи­тывается влияние присоединенной к конструкции массы воды. Задачей динамического расчета является определение деформации, динамиче­ских напряжений и отыскание таких форм и размеров конструкции, при которых исключалась бы возмож­ность возникновения автоколебаний и резонанса.

Способы расчета сил гидродина­мического давления еще не совершенны, что компенсируется введением коэффициента перегрузки в расчетное значение силы.

При равномерном плавно изменяющемся движении жидкости в открытом русле со значительным уклоном давление на дно и стен­ки определяют с учетом влияния уклона. На глубине у, отсчиты­ваемой по вертикали (рис. 2.3), имеем

                (2.7)

Рис. 2.3 Давление воды в откры­том русле со значительным укло­ном (аbс – эпюра давления в сече­нии, нормальном к дну, а’b’с’ – эпюра давления в вертикальном сечении)

Преимущества

К основным преимуществам гидропривода относятся:

• возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки;
• простота управления и автоматизации;
• простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; например, если усилие на штоке гидроцилиндра становится слишком большим (такое возможно, в частности, когда шток, соединённый с рабочим органом, встречает препятствие на своём пути), то давление в гидросистеме достигает больших значений — тогда срабатывает предохранительный клапан в гидросистеме, и после этого жидкость идёт на слив в бак, и давление уменьшается;
• надёжность эксплуатации;
• широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; например, диапазон регулирования частоты вращения гидромотора может составлять от 2500 об/мин до 30—40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1—4 об/мин, что для электромоторов трудно реализуемо;
• большая передаваемая мощность на единицу массы привода; в частности, масса гидравлических машин примерно в 10-20 раз меньше массы электрических машин такой же мощности;
• самосмазываемость трущихся поверхностей при применении минеральных и синтетических масел в качестве рабочих жидкостей; нужно отметить, что при техническом обслуживании, например, мобильных строительно-дорожных машин на смазку уходит до 50 % всего времени обслуживания машины, поэтому самосмазываемость гидропривода является серьёзным преимуществом;
• возможность получения больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма;
• простота осуществления различных видов движения — поступательного, вращательного, поворотного;
• возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях;
• возможность равномерного распределения усилий при одновременной передаче на несколько приводов;
• упрощённость компоновки основных узлов гидропривода внутри машин и агрегатов, в сравнении с другими видами приводов.

Гидродинамический напор

Гидродинамический напор включает три слагаемых: г — геометрический напор ( или нивелирная высота), характеризует удельную потенциальную энергию положения в данной точке ( данном сечении); p / ( pg) — статический ( пьезометрический) напор, характеризует удельную потенциальную энергию давления; w2 / ( 2g) — скоростной ( динамический) напор, или удельная кинетическая энергия.
 

Гидродинамический напор включает три слагаемых: z — геометрический напор ( или нивелирная высота), характеризует удельную потенциальную энергию положения в данной точке ( данном сечении); p / ( pg) — статический ( пьезометрический) напор, характеризует удельную потенциальную энергию давления; w2 / ( 2g) — скоростной ( динамический) напор, или удельная кинетическая энергия.
 

Чем выше гидродинамический напор, тем быстрее разрушается структура и тем больше эта разница.
 

Поля гидродинамических напоров ( уровней) определяются полями параметров водоносных и слабопроницаемых пластов, характеризующих фильтрационные сопротивления в потоке подземных вод, и расходами на их внутренних и внешних границах. По сравнению с полями гидрогеологических параметров, они характеризуются наиболее высокой динамичностью во времени, что связано прежде всего с суточными, сезонными и многолетними изменениями питания подземных вод за счет естественных и антропогенных источников, а в условиях эксплуатации — и неравномерностью во-доотборов, водоотливов, дренажей.
 

График действительных гидродинамических напоров в обратном трубопроводе системы теплоснабжения при любом режиме работы не должен выходить за пределы линий О5 и Ои. В данном случае он изображен линией О.
 

При гидродинамическом напоре краевых вод в залежи наблюдается региональная миграция в направлении повышенных структурно площадей.
 

Реальный закон гидродинамического напора может отличаться от заданного.
 

Под действием гидродинамического напора капли деформируются и сплющиваются на входе в преобразователь. Площадь контактирования каждой деформированной капли зависит от ее размера. Однако результирующее соотношение сумм площадей контактирования частиц воды и нефти зависит от соотношения размеров всех участков касания по нефти и воде, а не от размера отдельных капель. Это соотношение определяется водо-содержанием смеси. При одном и том же водосодержа-нии, но при разном размере частиц в зазоре соотношение площадей контактирования частиц нефти и воды с поверхностью электродов не изменяется. Этим объясняется то, что точность контактного метода в значительно меньшей степени зависит от структуры потока, чем точность диэлькометрического метода. Независимость от структуры объясняется нормированием толщины преобразуемых по форме частиц жидкости в зазорах.
 

Чему будет равен гидродинамический напор при входе и в выходном сечении.
 

Иначе говоря, полный гидродинамический напор состоит из суммы напоров статического и динамического и величины потери напора на трение.
 

Линия Ям показывает максимально допустимые пьезометрические гидродинамические напоры в подающей линии из условия невскипания теплоносителя.
 

В соответствии о (3.48) гидродинамический напор ( сумма высот нивелирной, пьезометрической и скоростного напора) вдоль по потоку уменьшается.
 

Литература

• Башта Т. М., Руднев С. С., Некрасов Б. Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982.
• Гейер В. Г., Дулин В. С., Заря А. Н. Гидравлика и гидропривод: Учеб. для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1991.
• Юфин А. П. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. — М.: Высшая школа, 1965.
• Алексеева Т. В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-транспортных машин. М., «Машиностроение», 1966. 140 с.
• Башта Т. М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. Издание 4-е, переработанное и дополненное. Изд-во «Машиностроение», Москва 1967.
• Лепешкин А. В., Михайлин А. А., Шейпак А. А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник, ч. 2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / под ред. А. А. Шейпака. — М.: МГИУ, 2003. — 352 с.
• Схиртладзе А. Г., Иванов В. И., Кареев В. Н. Гидравлические и пневматические системы. — Издание 2-е, дополненное. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2003 г. — 544 с.

Какое давление показывает манометр?

Эта физическая величина характеризует степень сжатия среды, в нашем случае – жидкого теплоносителя, закачанного внутрь системы отопления. Измерить любую физическую величину означает сравнить ее с некоторым эталоном. Процесс измерения давления жидкого теплоносителя любым механическим манометром (вакуумметром, мановакуумметром) представляет сравнение его текущей величины в точке размещения прибора с атмосферным давлением, играющим роль эталона измерения.

Чувствительные элементы манометров (трубчатые пружины, мембраны, и др.) сами находятся под действием атмосферы. Наиболее распространенный пружинный манометр имеет чувствительный элемент, представляющий один виток трубчатой пружины (см. поз. рисунка ниже). Верхний конец трубки запаян и связан поводком 4 с зубчатым сектором 5, сцепленным с шестеренкой 3, на вал которой насажена стрелка 2.

Устройство пружинного манометра.

Исходное положение трубки-пружины 1, соответствующее нулю шкалы измерения, определяется деформацией формы пружины давлением атмосферного воздуха, заполняющего корпус манометра. Жидкость, поступающая внутрь трубки 1, стремится дополнительно деформировать ее, поднимая верхний запаянный конец выше на расстояние l, пропорциональное своему внутреннему давлению. Сдвиг конца трубки-пружины преобразуется передаточным механизмом в поворот стрелки.

Угол φ отклонения последней пропорционален разности полного давления жидкости в трубке-пружине 1 и местного атмосферного. Измеренное таким прибором давление называется манометрическим или избыточным. Точкой его отсчета является не абсолютный нуль величины, эквивалентный отсутствию воздуха вокруг трубки 1 (вакуум), а местное атмосферное давление.

Известны манометры, показывающие абсолютное (без вычета атмосферного) давление среды. Сложное устройство плюс высокая цена препятствуют широкому использованию таких приборов в системах отопления.

Величины давлений, указываемых в паспортах любых котлов, насосов, запорной (регулирующей) арматуры, трубопроводов являются именно манометрическими (избыточными). Измеряемая манометрами избыточная величина используется в гидравлических (тепловых) расчетах отопительных систем (оборудования).

Манометры в системе отопления.

Перспективы развития

Перспективы развития гидропривода во многом связаны с развитием электроники. Так, совершенствование электронных систем позволяет упростить управление движением выходных звеньев гидропривода. В частности, в последние 10—15 лет стали появляться бульдозеры, управление которыми устроено по принципу джойстика.

С развитием электроники и вычислительных средств связан прогресс в области диагностирования гидропривода. Процесс диагностирования некоторых современных машин простыми словами может быть описан следующим образом. Специалист подключает переносной компьютер к специальному разъёму на машине. Через этот разъём в компьютер поступает информация о значениях диагностических параметров от множества датчиков, встроенных в гидросистему. Программа или специалист анализирует полученные данные и выдаёт заключение о техническом состоянии машины, наличии или отсутствии неисправностей и их локализации. По такой схеме осуществляется диагностирование, например, некоторых современных ковшовых погрузчиков. Развитие вычислительных средств позволит усовершенствовать процесс диагностирования гидропривода и машин в целом.

Важную роль в развитии гидропривода может сыграть создание и внедрение новых конструкционных материалов. В частности, развитие нанотехнологий позволит повысить прочность материалов, что позволит уменьшить массу гидрооборудования и его геометрические размеры, повысить его надёжность. С другой стороны, создание прочных и одновременно эластичных материалов позволит, например, уменьшить недостатки многих гидравлических машин, в частности, увеличить развиваемое диафрагменными насосами давление.

В последние годы наблюдается существенный прогресс в производстве уплотнительных устройств. Новые материалы обеспечивают полную герметичность при давлениях до 80 МПа, низкие коэффициенты трения и высокую надёжность.

Ротационный кулачковый насос

Принцип
Принцип гениально прост: вращающаяся лопасть запечатывает носитель информации на стороне всасывания в камере между корпусом и лопастью. Он впитывает его в верхней и нижней части насосной камеры через насос на стороне нагнетания. Это позволяет особенно компактный тип конструкции с мягким накачке, хорошей затравки и сухого хода характеристик, а также легкий доступ к элементам накачки.
Компактные и экономичные кулачковые насосы могут быть интегрированы в любую систему. Универсальный дизайн обеспечивает разнообразные возможности применения и позволяет устанавливать в узких местах. 

Параметры подключения для всех насосов серии IQ, например, позволяют адаптировать их к широкому спектру монтаже ситуаций в несколько простых шагов без специальных разъемов.Обслуживание
Быстрая и недорогая конструкция QuickService из Фогельзанга насосов позволяет быстро и низкой стоимости технического обслуживания, которые могут быть выполнены на месте без демонтажа насоса.Картриджные уплотнения
Полная, предварительно смонтированный прибор содержит все компоненты. Особые варианты для химической промышленности, также доступны. Например, двойное механическое уплотнение, совместимые с TA-Luft, эффективно борется с загрязнением воздуха.
 Специально для ваших потребностей
Техническая группа Vogelsang разрабатывает каждый насос, чтобы удовлетворить потребности каждого приложения. Каждый насос поставляется является лучшим решением для конкретного применения, прекрасно сочетая все различные возможности и варианты в отношении мокрой и мочки материалов. Vogelsang поворотные поршневые насосы могут также обрабатывать заявки в потенциально взрывоопасной среде (ATEX).
Vogelsang насосы могут быть также сертифицированы Physikalisch-Technische Bundes-Anstalt (Немецкий национальный метрологический институт). Благодаря своей уникальной конструкции, насосы предотвратить распространение дефлаграций и взрывами на заводе, тем самым устраняется необходимость в дополнительных пламегасителей наполнения и водосточных труб.

Ультразвуковые расходомеры

В конструкции расходомеров есть передатчик ультразвуковых сигналов (УЗС). Когда жидкость движется по трубопроводу, происходит снос ультразвуковой волны. Из-за этого меняется время, за которое сигнал от передатчика достигает приемника. Время прохождения увеличивается против потока жидкости и уменьшается, если ультразвуковой сигнал идет по направлению потока. Ультразвуковые расходомеры рассчитывают объемный расход жидкости на основе разности времени прохождения УЗС по течению потока и против него – эта разность пропорциональна скорости движения и объему воды.

Достоинства ультразвуковых расходомеров:

• Невысокая стоимость.
• Нет движущихся и неподвижных частей в поперечном сечении.
• Средний динамический диапазон измерений.
• Возможность монтажа на трубопроводы большого диаметра.

Недостатки:

• Чувствительность измерений к отражающим и поглощающим ультразвук осадкам.
• Чувствительность к вибрациям.
• Чувствительность к перекосам потока для однолучевых расходомеров.

Виды давления

Статическое давление

Статическое давление
— это давление неподвижной жидкости. Статическое давление = уровень выше соответствующей точки измерения +
начальное давление в расширительном баке.

Максимальное значение рабочего давления, допускаемого из условий безопасности работы насоса и системы.

Давление
— физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого (например, фундамент здания на грунт, жидкость на стенки сосуда, газ в цилиндре двигателя на поршень и т. п.). Если силы распределены вдоль поверхности равномерно, то Давление р
на любую часть поверхности равно р = f/s
, где S
— площадь этой части, F
— сумма приложенных перпендикулярно к ней сил. При неравномерном распределении сил это равенство определяет среднее давление на данную площадку, а в пределе, при стремлении величины S
к нулю, — давление в данной точке. В случае равномерного распределения сил давление во всех точках поверхности одинаково, а в случае неравномерного — изменяется от точки к точке.

Для непрерывной среды аналогично вводится понятие давление в каждой точке среды, играющее важную роль в механике жидкостей и газов. Давление в любой точке покоящейся жидкости по всем направлениям одинаково; это справедливо и для движущейся жидкости или газа, если их можно считать идеальными (лишёнными трения). В вязкой жидкости под давление в данной точке понимают среднее значение давление по трём взаимно перпендикулярным направлениям.

Давление играет важную роль в физических, химических, механических, биологических и др. явлениях.