Дзвонові манометри (дифманометри).

Дзвоновий манометр (дифманометр) (англ. bell guage) — рідинний манометр, тиск у якому визначають за переміщенням дзвона, зануреного в рідину, або за розвинутою ним силою від вимірюваного тиску^[1].

Дифманометри цього типу використовують дзвін, частково занурений в робочу рідину (наприклад, трансформаторну оливу) і який переміщається під впливом різниці тисків. Дзвін сполучений через систему важелів зі стрілкою або з перетворювачем переміщення в електричний сигнал. Деякі модифікації дзвонових дифманометрів з гідростатичним зрівноважуванням оснащуються перетворювачами, за допомогою яких переміщення дзвона перетвориться в уніфікований сигнал вимірювальної інформації, що передається по каналу зв'язку. Всередину дзвону уведена трубка, сполучена з точкою вимірювання тиску. Зі зміною тиску у піддзвоновому просторі, дзвін піднімається або занурюється, приводячи в рух стрілку приладу або чутливий елемент перетворювача.

При використанні приладу як дифманометра до дзвону підводиться різниця тисків, більший тиск створюється у просторі над дзвоном а менший у просторі під дзвоном. Дифманометри випускаються на перепади тиску 1…4 МПа. Основна похибка вимірювання ±(1,6…4%) Дзвонові дифманометри з гідростатичним зрівноваженням мають високу чутливість і можуть бути використовуватись для вимірювання малих тисків, перепадів тисків чи розріджень.

Кільцеві дифманометри.

Кільцевий манометр — диференційний манометр, у якому вимірювану різницю тисків визначають за кутом повороту кільцевого корпусу чи за моментом сили, створюваним вантажем, підчепленим до корпусу^[1].

Кільцевий дифманометр, (інша назва «кільцева вага», містить чутливий елемент у вигляді порожнистого кільця з перетинкою. В нижній частині кільця, заповненого рідиною (вода, олива, ртуть), закріплений компенсаційний вантаж G. При p₁ = p₂ рівень рідини в обох частинах кільця однаковий, а центр ваги вантажу перебуває на вертикальній осі, що проходить через центр кільця. При p₁ > p₂ рідина у лівій частині опуститься, а в правій підніметься. Зусилля, що створене дією різниці тисків на перетинку, викличе момент, що намагатиметься повернути кільце за годинниковою стрілкою. Діапазон вимірювання перепадів тисків: для низького тиску (з водяним заповненням) до 1,6 кПа при тиску середовища до 150 кПа; для середнього (з ртутним заповненням) — до 33 кПа при тиску середовища 3,2 МПа. Основна приведена похибка вимірювання ± (0,5…1,5)%.

Питання 2. Тиск рідини на плоскі стінки.

Сила гідростатичного тиску Р, Н, - це інтегруюча величина, тобто тиск підсумовується за площею поверхні, на яку він діє. Інакше кажучи, це рівнодіюча гідростатичного тиску. Ця величина, або характеристика гідростатичного тиску, використовується при міцнісних і статичних розрахунках конструкцій та гідроспоруд. Крім значення сили тиску, важливим є й визначення місця її прикладення до конструкції чи гідроспоруди, що й буде розглянуте нижче.

Оскільки в інженерній практиці зустрічаються два види поверхонь, а саме: плоскі й криволінійні, то й розглянемо порядок визначення сили гідростатичного тиску на них та порядок знаходження точки її прикладення.

Сила гідростатичного тиску при його дії на плоскі поверхні.

Прикладами таких поверхонь є стінки посудин, призначених для зберігання рідини, плоскі щити підпірних та перегороджуючих гідроспоруд і т. ін.

Силу тиску Р та місце її прикладання спочатку знайдемо аналітичним методом.

За початок координат 0 приймемо точку урізу, вісь у приймемо співпадаючою зі стінкою, а вісь х - перпендикулярно до неї. На вільній поверхні рідини діє тиск р₀, і вона має питому вагу γ.

Користуючись методом безкінечно малих величин, візьмемо на стінці елементарну площадку площею dω, центр ваги якої занурений на глибину h.

Розглянемо спочатку елементарну силу dР, що виникне внаслідок дії абсолютного тиску на площадку dω, тобтоdР_абс:

dР_абс =pdω=(p0+γh)dω.

Проінтегрувавши рівняння (1.68) по всій площі ω, отримаємо повну силу гідростатичного тиску:

P_{абс. пов.}=

де γ- ордината площадки dω.

Інтеграл є статичним моментом змоченої поверхні фігури відносно осі ОХ і дорівнює добутку площі цієї фігури на ординату центра тяжіння y_с, тобто . Підставивши отримане значення в рівняння (1.69), отримаємо:

P_{абс. пов.}=p₀ω+γsinαγ_cω=p₀ω+γh_cω,

де h_с =y_с sіп α - глибина занурення центра тяжіння площадки а в рідині.

Якщо посудина відкрита і на вільній поверхні рідини діє атмосферний тиск, то на плоску стінку діятиме сила надлишкового тиску, яка визначається залежністю

Р=γh_cω.

Таким чином, сила надлишкового тиску рідини на плоску довільно орієнтовану в просторі стінку дорівнює тиску в центрі ваги цієї стінки γh_c, помноженому на її площу ω.

Сила тиску на горизонтальне дно посудини з рідиною визначається за залежністю

Р=γHω.

де H-глибина рідини в посудині; ω - площа дна посудини.

Сила гідростатичного тиску напрямлена з боку рідини нормально до поверхні, на яку діє тиск. Точка прикладення сили тиску Р називається центром тиску T.

Питання 3. Відносний спокій рідини. Випадки відносного руху і спокою.

Переважна більшість технологічних процесів у хімічній промисловості пов’язана з рухом рідин, газів або пари, перемішуванням у рідинах, а також з розділенням неоднорідних сумішей за допомогою відстоювання, фільтрування і центрифугуванням. Швидкість усіх цих процесів визначається законами гідромеханіки і вони називаються гідромеханічними. Закони гідромеханіки і практичне застосування їх вивчає гідравліка, яка складається з двох розділів:

— гідростатики (закони рівноваги в стані спокою);

— гідродинаміки (закони руху рідин і газів).

Гідродинамічні закономірності значною мірою визначають характер самих процесів, а також тепло- і масопередачі хімічних процесів у промислових апаратах.

Закони гідродинаміки найпростіші для ідеальних рідин, в яких рух відбувається без тертя, а об’єм або густина стала. Хоч жодна реальна рідина не задовольняє цим вимогам, проте багато з них при певних умовах можна розглядати як ідеальні.

Потоки газів або рідин можна зобразити шляхами руху окремих невеликих частин їх, що зводяться до точок. Розглянемо два типи руху рідин:

— такий, що встановився;

— такий, що не встановився.

Якщо рух рідини встановився, то в кожній точці об’єму рідини швидкість руху зберігає сталу величину і напрям.

ω = ω(x,y,z)

незмінним залишається і тиск

Р = Р(x,y,z)

Прикладом руху, що встановився, може бути витікання води з крану при постійному тиску водопровідної мережі.

Якщо рух рідини не встановився, то в кожній точці об’єму рідини швидкість і тиск змінюються з часом, тобто стають функцією не тільки координат, а й часу

ω = ω(x,y,z,τ)

Р = Р(x,y,z,τ)

Прикладом невстановленого руху рідини може бути витікання рідини з отвору будь-якої посудини, що відбувається під змінним напором внаслідок того, що рівень рідини в посудині знижується.

Загальні закони рівноваги і руху рідин виражаються у вигляді диференційних рівнянь, утворених на основі уявлення про суцільне однорідне середовище. Для виведення основних закономірностей у гідравліці вводиться поняття про гіпотетичну ідеальну рідину, яка, на відміну від реальної (в’язкої) рідини, абсолютно не стискується, не змінює густину при зміні температури і не має в’язкості.

Гідростатика вивчає рівновагу рідин у стані відносного спокою, при якому під час руху рідини частинки не переміщуються одна відносно другої і сил внутрішнього тертя немає—рідина ідеальна.

Співвідношення між силами, які діють на рідину, що перебуває у стані спокою і визначають умови рівноваги рідини, виражається диференційними рівняннями рівноваги Ейлера. Ці рівняння виводяться на основі сил, які діють на елементарний паралелепіпед, виділений в об’ємі рідини, що знаходиться у спокої. На нього діють:

— сили тяжіння, що виражаються добутком маси dm на прискорення вільного падіння g і які направлені вниз, паралельно вісі Z;

— сили гідростатичного тиску, що діють на любу з граней паралелопіпеда і рівна добутку гідростатичного тиску на площу цієї грані. Будемо рахувати, що тиск Р є функцією всіх трьох координат: Р = f(x,y,z).

Таким чином, для виводу диференціального рівняння рівноваги Ейлера в об’ємі рідини, що знаходиться в спокої, виділимо елементарний паралелопіпед об’ємом dV з ребрами dx,dy,dz, розміщеними паралельно координат x,y,z.

Згідно основного принципу статики, сума проекцій на вісі координат всіх сил, діючих на елементарний об’єм, що знаходиться в рівновазі, рівна нулю. В протилежному випадку відбувалося би переміщення рідини.

Питання 4. Найпростіші гідравлічні машини.

Гідравлі́чна маши́на (гідромаши́на) (рос. гидравлическая машина; англ. hydraulic machine; нім. Hydromaschine f) — енергетична машина, призначена для перетворення механічної енергії твердого тіла в механічну енергію рідини (або навпаки).

Гідравлічні машини — основний компонент гідроприводів.

Найпоширенішими різновидами гідравлічних машин є насоси і гідродвигуни.

Насосом називають пристрій, який перетворює механічну енергію обертання в гідравлічну енергію течії робочої рідини (ДСТУ 3063-95, ГОСТ 17398-72). Насос слугує для напірного переміщення (всмоктування, нагнітання) рідини в результаті надання їй енергії. Основне призначення насосів – підвищення повного тиску середовища, яке переміщується.

Гідродвигуном називають гідромашину для перетворення механічної енергії потоку рідини в механічну енергію вихідної ланки. За характером руху робочого органа гідравлічні двигуни поділяються на двигуни обертового руху (гідромотори), поступального руху (гідроциліндри), поворотного руху (поворотні гідродвигуни)

Насос-мотор може працювати як у режимі об'ємного насоса, так і в режимі гідродвигуна, що свідчить про оборотність гідравлічних машин.

По характеру силової взаємодії всі гідромашини (насоси і гідродвигуни) поділяються на динамічні і об'ємні.

В динамічній гідромашині силова взаємодія між робочим органом і рідиною відбувається у проточній частині, що є постійно сполучена із всмоктувальним і нагнітальним трубопроводами. До них належать лопатеві (радіальні, відцентрові, осьові) нагнітачі та нагнітачі тертя (вихрові, дискові, струминні та ін)

В об'ємній гідромашині процес відбувається в замкнених робочих об'ємах (робочих камерах), котрі поперемінно рідина заповнює та витісняється з них і при цьому робочі камери сполучаються з вхідним чи вихідним трубопроводами відповідно. Це безроторні зворотно-поступальні (діафрагмові, поршневі) і роторні (аксіально- та радіально-поршневі, шиберні, зубчасті, ґвинтові та ін.) гідромашини.

Контрольні питання:

1. Які Ви знаєте прилади для вимірювання тиску?

2. Схема п’єзометра та принцип його дії. Вимірювання п’єзометричного напору.

3. Схема вакуометра та принцип його дії. Вимірювання вакуометричного напору.

4. Який принцип роботи приладу для вимірювання надлишкового тиску?

5. Сформулюйте закон Паскаля.

6. Який принцип роботи гідравлічного пресу?

Література:

1. Качалов А.А., Воротынцев Ю.П., Власов А.В.. Противопожарное водоснабжение. Учебник для пожарно-технических училищ. – М.: Стройиздат, 1985, § 1-8.

2. Лаврівський З.В., Мандрус В.І. Технічна механіка рідин та газів. - Львів, 2004, § 1.8.

Старший викладач циклу

організації служби та цивільного захисту

підполковник служби

цивільного захисту В. В. Придатко

Дата добавления: 2015-07-11