|  | ||||||||
|  | ||||||||
| | ||||||||
| | ||||||||
 |
 |
|
|
|
||
 |
 |
|
|||||||||||||||||||
Csővezeték ellenállása
Építsük fel a következő kapcsolást!
p1 p2 p3 p4
|
A kapcsolás elkészítését követően a szivattyút követő fojtószelepet teljesen nyissuk ki, a mérőedénybe visszafolyó ágba épített csapot pedig zárjuk el. Indítsuk a szivattyút és olvassuk le a nyomásmérő műszerek által mutatott értékeket és írjuk be a táblázatba!
|
nyomásmérő |
p1 |
p2 |
p3 |
p4 |
|
nyomás (bar) |
|
|
|
|
Azt tapasztaltuk, hogy a csap zárt állásában a nyomásmérő műszerek .......... ..... ...... ........
.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ..... mutattak.
Kapcsoljuk ki a szivattyút, nyissuk ki teljesen a csapot, és a fojtószeleppel állítsuk az átfolyó folyadék térfogatáramát a táblázat szerint. Közben olvassuk le és jegyezzük a nyomásértékeket!
A pontos mérés érdekében a stopperórát és a szivattyú meghajtómotor kapcsolóját egy személy kezelje!
Nyomáscsökkenés és vezetékhossz összefüggése
(mérés)
|
q (dm3/15 s) |
p1 |
p2 |
p3 |
p4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A nyomásmérő műszerek által mutatott értékek változásában mit tapasztalt a térfogatáram változtatásakor?
Egészítse ki a következő mondatot!
A mérési eredmények azt mutatják, hogy a vezetékben áramló folyadék nyomása a térfogatáram növelésével .......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ............
A nyomásmérő műszerekről leolvasott értékek - ugyanazon térfogatáram esetén - hogyan függtek össze a műszer vezetékben elfoglalt helyével? Röviden írja le!
Két tapasztalatra tehettünk szert a gyakorlat során, melyek a következők:
Zárt rendszerben a nyomás mindenütt egyenlő nagyságú.
A csővezetékben elmozduló folyadék súrlódik, mozgásban tartásához energiára van szükség, mivel az áramlási ellenállások legyőzését a nyomáskülönbség biztosítja. 838f51i
Mit ismert fel PASCAL?
Egy edénybe zárt folyadék hogyan viselkedik? Hogyan terjed benne a nyomás?
p1
FELÜLET
H ERŐ
p3
p4
NYOMÁS
p5
4.2. ábra: Pascal törvénye
Pascal megállapította:
Zárt edényben lévő folyadékra ható nyomás a folyadékban minden irányban egyenletesen és gyengítetlenül terjed, s az edény egységnyi felületeire azonosan érvényesül.
A nyomásmérő műszereken - azok bárhol helyezkednek el - azonos értékeket tudunk leolvasni. (p1 = p2 = p3 = p4 = p5)
A hidrosztatikus rendszerek a PASCAL törvény alapján működnek, viszik át az energiát, mivel zárt rendszerek.
Ez volt az oka annak, hogy a megvalósított kapcsolásunknál zárt csap esetén minden nyomásmérő műszer azonos értéket mutatott, mint azt a mérési eredményekből láttuk.
Hogyan mutatható ki a folyadék súrlódása? Súrlódik egyáltalán?
Egy - majdnem közlekedőedénybe - öntsünk folyadékot. Ne zárjuk le a cső kifolyónyílását! Mit tapasztalunk?
s1
s2
s3
s4
s5
s6
l
4.3. ábra: Folyadéksúrlódás
A szabad kiömlési keresztmetszeten kiáramló folyadék valamilyen ellenállásba ütközik. Ez nem más mint a folyadék viszkozitásából - belső súrlódásából - és a csőfal súrlódásából adódó súrlódási nyomásveszteség. (s1>s2>s3>s4>s5>s6), s mindez arányos a vezeték - l hosszával.
Az ábrán jól látható, hogy a vezeték súrlódása - csővezeték hossza - miatt keletkező ellenállás egyre nagyobb folyadékmennyiséget (magasságot s1-s6) képes egyensúlyban tartani.
A folyadék áramlási ellenállása tehát függ a csővezeték hosszától. Vessük össze ezt az elektrotechnikával! Elektromosan vezető anyagban az ellenállás egyenesen arányos a vezetékszakasz hosszával.
Hogyan áramlik a folyadék a csővezetékben?
Lamináris (réteges) áramlás:
vmax
v = 0
4.4. ábra: Lamináris áramlás
Lamináris áramlás esetén a folyadékrészecskék egymással párhuzamosan mozdulnak el. Mozgásuk (az áramlás ) biztosításához, csupán a folyadék belső súrlódásának legyőzése szükséges.
Lamináris áramlás esetén a legnagyobb áramlási sebesség a csővezeték középvonalában tapasztalható. A csőfalhoz közeledve a sebesség csökken, mely a csővezeték falánál nulla.
Turbulens (örvénylő) áramlás:
v azonos
ábra: Turbulens áramlás
Turbulens áramlás esetén a folyadék a csővezetékben szinte azonos sebességgel mozdul el, függetlenül a folyadékrészecske helyétől.
A folyadékrészecskék - áramlás közben - ütköznek egymással, így az áramlási veszteség sokkal nagyobb.
Milyen csővezeték kialakítások idéznek elő turbulenciát?
1./ Keresztmetszet változás:
4.6. ábra: Keresztmetszet változása
A keresztmetszet változás minden esetben - legyen az szűkület, vagy bővülés - örvényképző hatást kelt.
2. Folyadékáram irányváltozása:
4.7. ábra: Irányváltoztatás
A csővezetékben - nagy sebességgel - mozgó folyadék tekintélyes mozgási energiával rendelkezik. Az áramlás megváltozása azt eredményezi, hogy a folyadék nem képes követni a csővezeték által szigorúan meghatározott áramirányt, az éles sarkokon ütközik, túlfut, a holtterekben örvényeket kelt.
3. A vezeték falának belső érdessége:
Tudjuk, hogy tökéletesen sima felület nem létezik. A vezetékben áramló folyadék - több - kevesebb - ellenállásba ütközik, melyek az érdességből származnak.
x
4.8. ábra: Vezeték falának érdessége
Az x folyadékrészecske - lamináris haladása közben - nekiütközik a csőfal belső érdességének. Haladási útját folytatni csupán akkor tudja, ha eredeti irányából kitér. Ekkor azonban a szomszédos folyadékréteget is irányváltoztatásra kényszeríti, ami láncreakcióként továbbgyűrűzik, s ezzel az egész vezeték keresztmetszetben örvénylést - turbulenciát - idéz elő.
4.9. ábra: Áramlások csővezetékben
Valósítsuk meg a következő kapcsolást!
p = 60 bar CSŐKÍGYÓ
p2
|
|
A p1 és p2 nyomásmérők egyben csatlakozási pontok is. Ide kapcsoljuk a csőkígyókat.
A gyakorlókészletben a következő csőkígyókat találjuk:
f 4 mm. hajlított,
f 4 mm sarkokkal szerelt,
f 2 mm hajlított
A vezetékszakaszok hossza mindhárom esetben azonos.
A tápegység nyomása 60 bar. Állítsuk a fojtószeleppel a vezetéken átfolyó térfogatáramot 1; 2; 3; 4 dm3/min. értékekre, s minden beállításnál mérjük meg mindegyik csőkígyón keletkező nyomáscsökkenést! Figyeljük a p1 és p2 nyomásmérő műszerek által mutatott értékeket és jegyezzük be a mérési táblázatba!
Figyelem! A térfogatáram beállításakor mindig az f 4 mm. hajlított vezetéket alkalmazzuk!
Egy adott térfogatáram beállításakor a csőkígyókat cseréljük - mérjük le mindet egymás után - azért, mivel ugyanazon térfogatáramot ismét beállítani igen nehéz és időigényes lenne.
A nyomásmérő műszert igen pontosan olvassuk le! A kis mérési pontatlanság is nagy hibát jelenthet!
Csőkígyók mérése
f 4 hajlított f 4 sarokkal szerelt f 2 hajlított
|
q (dm3/min) |
p1 (bar) |
p2 (bar) |
p1 (bar) |
p2 (bar) |
p1 (bar) |
p2 (bar) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mindhárom csővezeték szakaszon ugyanazon folyadékáramot engedtük át. A vezetékek hossza azonos volt, csupán átmérőjük és szerelési módjuk különbözött.
Írja le mit tapasztalt a mérés során, Vonja le következtetéseit!
A p2 nyomást jelző műszer csak ......... dm3/min térfogatáramtól jelzett. Ennek oka: .............
Mi is az a "REYNOLDS" féle szám ?
A lamináris és turbulens áramlás létrejöttét - Reynolds kísérletei szerint - a következők befolyásolják, határozzák meg:
v
dH
n
4.11. ábra: Reynolds szám
Ahol: v = a folyadék áramlási sebessége (m/s)
d = csőátmérő (m)
n = kinematikai viszkozitás (m2/s)
A kinematikai viszkozitás a folyadék belső súrlódása. Jelölésére a n (görög nű) nyert alkalmazást
v × d m/s × m
Re
= = mértékegység nélküli szám
n m2/s
A kinematikai viszkozitás alapmértékegysége - a gyakorlati munka számára - túlzottan nagy. A mindennapi munkához - a m2/s mértékegység helyett - a mm2/s-ot alkalmazzuk. Ennek másik - általánosan alkalmazott - mértékegysége a centi Stokes röviden cSt. (olvasd centisztók)
A Reynolds féle szám a csővezetékben áramló folyadék sebessége, a csővezeték átmérője és a kinematikai viszkozitás között állapít meg összefüggést, a lamináris és turbulens áramlás kialakulására.
A Reynolds féle szám mértékegység nélküli. Nagysága - mérési eredmények alapján - a következő:
Ha: Re < 2320 az áramlás lamináris,
2320 < Re < 3000 határhelyzet,
Re > 3000 turbulens áramlás következik be.
A táblázatban megadott értékek csak kör keresztmetszetű, egyenes és sima belső felületű csövekre vonatkoznak!
A Reynolds féle számból kiderül, hogy a turbulencia létrejöttét a sebesség négyzetes, a csőátmérő - egyenes arányban - növeli, míg a folyadék viszkozitása - fordított arányban - csökkenti.
A csővezeték ellenállása:
A vezetékben áramló folyadékban nyomáscsökkenés keletkezik. A folyadék nyomása az, ami a vezetékszakasz egyik pontjáról egy másik pontra juttatja el a folyadékot.
p1 p2
v
d r
l
4.12. ábra: Nyomáscsökkenést előidéző tényezők
A csővezetékben létrejövő nyomáscsökkenés függ:
a vezeték hosszától: l (növeli)
a vezeték átmérőjétől: d (csökkenti)
a folyadék áramlási sebességétől: v (növeli)
a folyadék sűrűségétől: r (növeli) r görög betű, neve: ró
a csősúrlódási tényezőtől: l (növeli) l görög betű, neve: lambda
Dp = p1 - p2
l * v2 * r
Dp l
2 * dH
A l "csősúrlódási tényező" hasonló mint elektrotechnikában a fajlagos ellenállás.
Gondoljon vissza a csőkígyók mérésére! Az f 4 mm-es és az f 2 mm-es csővezetékben tapasztalható nyomáscsökkenésre.
Ahhoz, hogy a kisebb átmérőjű vezetéken is áthaladjon ugyanaz a folyadékáram a ...............
.......... ..... ...... ....... kell megnövekedni. A sebesség növekedésével a nyomás csökkenése nem egyenesen, hanem .......... ..... ...... ........... arányos.
Hidraulika folyadékok:
A hidraulikus technika - energiaátvitel és vezérlés - szoros kapcsolatban áll az automatizálással, a manipulátor és robottechnikával. A folyékony energiaközvetítő közeg előnyei, mint pl.: az átvitt energia paramétereinek ( sebesség, fordulatszám, erő, nyomaték, mozgási irány, pozícionálás) egyszerű irányítása, az energiafolyam elosztásának könnyű megvalósítása, a nagy teljesítmények, a túlterhelés elleni védelem egyszerű átvitele, a különböző mozgásformák közvetlen előállítása, a hidraulikus körfolyamokat a növekvő követelmények kielégítésére tették alkalmassá.
Hidraulika folyadékok feladatai:
1./ Energiaátvitel,
2./ Erő, vagy teljesítmény módosítás irány és nagyság szerint,
3./ Kenés és a berendezés védelme,
4./ Hőfelvétel, hőátadás és hűtés.
Ezen feladatokból vezethetőek le a hidraulika folyadékokkal szemben támasztott követelmények, melyeket a következő táblázatban foglalunk össze:
|
Követelmény: |
Jellemző. |
|
Térfogatállandóság |
jól váljon el a levegőtől, ne vigye oldatba, ne habosodjék, |
|
Kenőképesség |
megfelelő viszkozitás üzemi hőmérsékleten, |
|
Korrózióvédelem |
rozsda- és korróziógátló, jó tapadás, olajfilm kialakulás, vegyi semlegesség, |
|
Kismértékű összetétel változás a felhasználás, alkalmazás folyamán |
oxidációs, termikus, termooxidációs, hidrolitikus stabilitás, víz és gázelválasztó képesség, |
|
Kismértékű viszkozitás változás a hőmérséklet hatására |
felhasználhatóság széles hőmérséklet tartományban, |
|
Nemfémes anyagokkal való összeférhetőség |
a tömítések, vezetékek anyagait ne károsítsa, ne legyen egészségre ártalmas, |
Hidraulikus munkafolyadékok csoportosítása:
A hidraulikus rendszerek energiaátvivő - munka - folyadékai több szempont szerint csoportosíthatóak.
- Az energiaátvitel módja szerint:
hidrostatikus,
hidrodinamikus
munkafolyadékokat,
- Tűzbiztonság szempontjából:
tűzveszélyes,
tűzálló
munkafolyadékokat,
A tűzveszélyes csoportba tartoznak az ásványolaj alapú hidraulika olajok, amelyek alkalmazásánál a tűzbiztonság nem első rendű követelmény.
A hidraulikus berendezések fejlődésében az egyik döntő lépés volt munkafolyadékként az ásványolaj-származékok alkalmazása. A XIX. sz. elején - s még ezt követően hosszú időn keresztül - a víz volt az energiaátvitel közege.
Ma a víz - rossz kenési tulajdonságai, erős hőmérséklet függése, korróziós tulajdonsága és nehézen megoldható tömítettsége miatt - csupán olyan rendszerekben használatos, ahol a folyadék visszanyerése nem lehetséges, nagy méretűek a hidraulikus berendezések, s ezeknél a víz költségei kompenzálják az olaj előnyeit.
Bár az olajok a századfordulón már rendelkezésre álltak, - s akkor még olcsók is voltak - mégis csak az 1920-1930-as években nyertek általános alkalmazást hidraulikus berendezésekben. Az 1940-es évek végéig a hidraulika folyadékok nem tartalmaztak adalékot, melyek a hidraulika folyadék jó tulajdonságait fokozzák. Elsőként az olajokban az oxidáció és korrózió gátló adalékanyagokat alkalmazták.
A hidraulikus berendezések fejlődése új követelményeknek megfelelő hidraulika folyadékok - új adalékanyagok - felhasználásához vezetett.
Ezek főképpen a következő célokat szolgálták:
habosodási hajlam csökkentése,
teherbíró-képesség, nyomásállóság növelése,
kopásgátlás növelése,
dermedéspont csökkentése,
viszkozitási index javítása,
A legújabb - nagy teljesítményű - hidraulika adalékokat már úgy fejlesztették ki, hogy a hidraulika olaj feleljen meg az olyan fokozott követelményeknek is, mint pl.: csúszólapátos szivattyúk, tengerhajózás, melegüzemi gépek, robottechnika, építő és anyagmozgató gépek, olajfúró berendezések, közlekedés, vízépítés, űrhajózás stb.
Hidraulika folyadékok legfontosabb tulajdonságai:
Viszkozitás:
Viszkozitás a folyadék belső súrlódását, a mozgással szembeni ellenállását jelenti.
A hidraulika szivattyúnak a hatásfoka erősen függ a folyadék viszkozitásától. Figyeljünk mindig a szivattyúgyártó által megadott értékekre ! Energiaátvitel szempontjából a legmegfelelőbb a kis viszkozitású folyadék lenne, hiszen ekkor legkisebb a folyadék súrlódási ellenállása. Ennek ellent mond, hogy ekkor a résolajveszteségek rohamosan növekednének, valamint a folyadék kenőképessége erőteljesen csökken.
A nagy viszkozitás megnehezíti a hidegindítást, késlelteti a vezérlések időbeni lefolyását és befolyásolja az olajban elnyelt levegő kiválását is.
A következő viszkozitási határok segítséget nyújthatnak a különböző típusú szivattyúkhoz alkalmas viszkozitású hidraulika folyadékok kiválasztásában:
csúszólapátos szivattyúk 20 - 64 mm2/s. 40 C0-on,
fogaskerekes szivattyúk 43 - 110 mm2/s. 40 C0-on,
dugattyús szivattyúk 60 - 195 mm2/s. 40 C0-on.
Az előző felsorolás nem azt jelenti, hogy a nagyobb nyomású berendezéseknél a nagyobb viszkozitású folyadékokat kell alkalmazni, hanem arra legyünk figyelemmel, hogy ezek a berendezések erősebben kopásgátló adalékkal, kezelt hidraulika folyadékokat igényelnek.
Viszkozitási index:
A hidraulikus berendezések működésének fontos feltétele az, hogy a hőmérséklet változásával ne, vagy kis mértékben változzon a hidraulika folyadék viszkozitása.
A korszerű hidraulika folyadékok viszkozitási indexe 95 - 105 között van.
A szabadtérben üzemelő - nagy hőmérsékleti ingadozásnak kitett - hidraulikus berendezések speciális hidraulika folyadékot igényelnek. Ezen olajok nagy V.I. értéke csupán nagy mechanikai stabilitással rendelkező, polimer adalékkal biztosíthatók.
Dermedéspont:
A szabadtérben - is - üzemelő berendezéseknél lényeges. A kis viszkozitású hidraulika folyadékok dermedéspontja általában - 25 C0, vagy az alatti. A hidraulika folyadékokat általában dermedéspontjuknál 10 C0-kal magasabb hőmérsékleten kell alkalmazni.
Lobbanási pont:
A hidraulika folyadék melegedése közben gőzök, gázok kiválásával számolhatunk, melyek a tűzveszélyességet fokozzák. Lobbanási pont az a hőmérséklet C0-ban mérve, amikor a folyadékból - melegítés hatására - felszabaduló gőzök, gázok külső gyújtóláng hatására egy pillanatra lángralobbanthatók. Az égés nem tartós.
Gyulladási pont:
A lobbanási ponttól annyiban tér el, hogy a folyadék - annak gőzei, gázai - öngyulladás hatására lobbannak lángra és az égés tartós.
Térfogat-állandóság - összenyomhatóság:
A berendezés hatásfoka szempontjából döntő az a tényező, amit elsősorban a munkafolyadék gáztartalma (levegő) befolyásol.
Légköri nyomáson az olaj 8-10 % térfogat levegőt (gázt) képes elnyelni. Ez a gázmennyiség normál üzemeltetés során semmi problémát nem idéz elő. Az olajban - buborékok formájában jelenlévő - levegő a rendszer különböző nyomású tereibe jutva kavitációt okozhat. A hidraulika folyadékok kis légelnyelő képessége és gyors légelválasztása a zavarmentes működés lényeges feltétele.
A levegő a folyadékba kerülve - annak felszínén habot képez - gátolja a hűtést.
A folyadék térfogat-állandóságát azonban az elnyelt levegő (gázok) mennyisége befolyásolja. A felületi habképződést befolyásoló anyagok - szilikon adalékok - a felületi habot megszüntetik, de rontják a folyadék légkiválasztó képességét, s ezzel növelik az összenyomhatóságot.
Élettartam:
A hidraulika-olajoktól megkívánt tulajdonság, hogy a csereidőn belül, normális üzemi körülmények mellett, kémiai összetétele csak a megengedett mértékben változzék. Jó oxidációállósággal és vízelválasztó képességgel rendelkezzék. Az olaj élettartamát az üzemi hőmérséklet, az érintkező fémek katalitikus hatása, a szennyeződések, a levegő oxigénjével való érintkezés intenzitása, a víz jelenléte stb. befolyásolja, ezért olajcserék időpontjaira egyértelmű időpontot előírni igen nehéz.
A hosszú élettartamot, illetve csereidőt az alapolajok és az oxidációt gátló adalékok együttes hatása biztosítja. A vízzel való emulzióképződés az olaj oxidációját gyorsítja, rontja a kenést, elősegíti a korróziót. A hidraulika olaj víz-olaj szétválási mutatójának tehát jónak kell lennie.
Korrózió elleni védelem:
A hidraulika folyadék az üzemi hőmérsékleten a kondenzációs víz, a levegő, valamint az olaj korrodáló hatásával szemben a hidraulikus rendszer fém alkatrészeit megóvja.
Kenőképesség:
A hidraulika-folyadék alkalmassága az üzemeltetési körülményeknek megfelelően kiválasztott viszkozitásuktól függ. A nagy terhelésű hidraulikus körfolyamokban a kívánt kenőképességet csak kopáscsökkentő adalékanyagokkal tudjuk biztosítani.
A hidraulika-olajoktól elvárt további fontos követelmény, hogy a hidraulikus kör szerkezeti elemeinek anyagával, elsősorban a tömítőelemekkel való összeférhetőség.
Önellenőrzés 4.
Figyelmesen olvassa el a kérdéseket! Jelölje az Ön által helyesnek ítélt válaszokat x szel, vagy adjon rövid válaszokat!
A csővezeték áramlásra gyakorolt ellenállása:
a./ a vezeték hosszától nem függ o
b./ a vezeték hosszával fordítottan arányos o
c./ a vezeték hosszával egyenesen arányos o
(3 pont)
Pascal törvényének megfelelően a nyomás zárt rendszerben:
a./ mindig a legkisebb ellenállás felé terjed o
b./ egyformán terjed o
c./ az edény fenékrészére jobban hat, mivel ez merőleges az erőhatásra o
(5 pont)
3. Írja le milyen áramlási módok jöhetnek létre a csővezetékben!
.......... ..... ...... ............................. .......... ..... ...... .............................
(2 pont)
Lamináris áramlás esetén hol a folyadék sebessége a legnagyobb?
a./ a vezeték középvonalában o
b./ a vezeték teljes keresztmetszetében azonos o
c./ a vezeték falánál, mivel itt a legkisebb a súrlódás o
(3 pont)
Írja le milyen csővezeték kialakítások idéznek elő turbulenciát!
1.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ...............
2.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ...............
3.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ...............
(3 pont)
Írja le, hogy a Reynolds szám mely három jellemző között állapít meg összefüggést!
1.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ...............
2.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ...............
3.......... ..... ...... .......... ..... ...... .......... ..... ...... ...............
(5 pont)
Mely tényezők növelik a csővezeték ellenállását, a nyomáscsökkenés nagyságát?
Ennél a kérdésnél nem csupán egy helyre kell x jelet tenni!
a./ a vezeték hossza o
b./ a vezeték átmérője o
c./ a folyadék áramlási sebessége o
d./ a folyadék sűrűsége o
e./ a csősúrlódási tényező o
(4 pont)
Soroljon fel legalább hármat a hidraulika folyadék feladatai közül!
(2 pont)
Írja le a viszkozitás fogalmát és legalább egy mértékegységét!
(4 pont)
Miért káros a folyadékok légelnyelése?
(3 pont)
Elérhető pontszám: 34 pont
30-34 pont Kiválóan megfelelt
23-29 pont Megfelelt
0-22 pont Javaslom, figyelmesen ismételje át!
Találat: 4483
