Гидравлика

Высшая школа технологии и энергетики СПбГУПТД

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии.
Гидравлика и гидравлические машины
Контрольные задания и методические указания к решению задач.
Факультет - заочный
Специальность - 21.03 Автоматизация и комплексная механизация химико-технологических процессов
17.04 Машины и аппараты целлюлозно-бумажной промышленности
Ленинград
1989

Задание по гидралике состоит их двух контрольных работ в каждой по пять больших задач (если Вы обучаетесь на специалиста)
Стоимость выполнения одной задачи на заказ по гидравлике 250руб.
Стоимость готовой задачи по гидравлике 150 руб в распечатанном виде в офисе. При заказе указывайте две цифры студенческого шифра, т.к. задачи выбираются по последней цифре, а вариант по предпоследней цифре. Студентам-заочникам (бакалавры), как правило, необходимо решить три первые задачи из первой контрольной по гидравлике и две последние из второй контрольной.

Задача 1 В вертикальном цилиндрическом резервуаре диаметром хранится нефть в количестве, плотность которой 850 кг/м3 при 0С. Пренебрегая расширением резервуара, определить колебания уровня нефти в резервуаре при колебании ее температуры от 0 до С. Коэффициент температурного расширения принять равным β
Задача 2 Для тарировки манометров по эталонному манометру применяется пресс: 1– цилиндр; 2 – эталонный; 3 – проверяемый манометр; 4 – шпиндель, 5 – гайка. Определить количество оборотов n, которое должен совершить шпиндель, чтобы давление в цилиндре достигло р. Шаг винта шпинделя S, диаметр уплотняющего поршня d, начальный объем масла (при атмосферном давлении) V, коэффициент объемного сжатия βр.
Задача 3 Имеются два резервуара А и В. В резервуаре находится жидкость Жа, в резервуаре В – воздух. Определить давление РВ в резервуаре В, если дано давление воздуха в резервуаре А - РА, показания дифференциального двухколенного манометра h1 и h2, положение уровня жидкости в резервуаре А относительно уровня рабочей жидкости в левом колене h. В дифманометре используется жидкость Жм.
Задача 4 Для регулирования расхода в трубопроводе (1 – труба, 2 – распределитель, 3 – цилиндр, 4 – поршень, 5 – задвижка) применяется задвижка. Определить диаметр D гидравлического цилиндра, необходимый для полного открытия задвижки при избыточном давлении жидкости р. Диаметр трубопровода d, масса подвижных частей устройства m. Коэффициент трения задвижки в направляющих принять f=0,25, силу трения в цилиндре считать равной 5 % от массы подвижных частей. Давление за задвижкой равно атмосферному.
Задача 5 В конденсатор паровой машины подается насосом вода из открытого бака на высоту Н. Пренебрегая потерями энергии жидкости в трубопроводе, определить статический напор, который должен преодолевать насос при работе, если разрежение в конденсаторе равно рВ.
Задача 6 В сосуд через отверстие в верхней крышке залита жидкость Ж до уровня ½ Н (Н – высота сосуда) при атмосферном давлении воздуха рат=98 кПа. Как изменится положение уровня жидкости в сосуде и давление воздуха в нем, если в сосуд через отверстие в верхней крышке опустить плунжер, диаметр которого d и масса m. Диаметр сосуда D. Процесс сжатия воздуха, замкнутого в сосуде, считать изотермическим; трением плунжера в направляющей втулке пренебречь.
Задача 7 Определить силы давления жидкости, действующие на каждый из участков поверхности АВСД, а также точки их приложения аналитическим и графоаналитическим способами. Графическим способом определить результирующую силу давления, действующую на всю поверхность АВСД, и точку ее приложения. Ширина поверхности В, остальные величины указаны на рисунке.
Задача 8 Для перектрытия потока воды в канале применяется затвор, установленный под углом α к горизонту и имеющий ось поворота О. Уровень воды в верхнем бьефе (при закрытом затворе) Н1, в нижнем Н2, высота расположения шарнира Н3, ширина затвора В. Определить:
1) Силы давления жидкости на затвор и точки их приложения аналитическим и графоаналитическим способами;
2) Усилие Т, необходимое для открывания затвора.
Задача 9 Сосуд разделен перегородкой на две половины. В перегородке имеется отверстие с размерами а х b которое закрывается крышкой, вращающейся относительно оси О с координатой ZO. Определить усилие R, которое надо приложить к крышке для удержания ее в закрытом состоянии при условии, что уровень жидкости ЖА в левом отсеке сосуда НА, а давление на граничную поверхность рА, уровень жидкости ЖПР в правом отсеке НПР и давление рПР.
Задача 10 Затвор АВ представляющий собой четверть цилиндра радиуса R и длиной L, служит для перекрытия потока воды в канале. Определить аналитическим и графоаналитическим способами силу давления воды на затвор и точку ее приложения при условии, что давление на поверхность воды равно р0.
Задача 11 В днище резервуара имеется отверстие размерами a x b, которое перекрывается цилиндрическим затвором (радиус цилиндра r). Определить силу давления жидкости Ж на затвор и линию ее приложения, если уровень жидкости в резервуаре Н, давление на граничную поверхность р0, масса затвора m. При какой глубине Н результирующая сила, действующая на затвор, будет равна нулю?
Задача 12 В боковой стенке сосуда имеется отверстие диаметром d. Отверстие закрывается шаровым клапаном диаметром D. Определить минимальную массу груза m, уравновешивающую силу давления жидкости Ж, находящейся в сосуде, на клапан, если уровень жидкости в сосуде относительно оси отверстия Н, давление на граничную поверхность Ро, плечо рычага l1, а расстояние от шарнира до центра шара l2. Собственной массой шара и рычагов пренебречь.
Задача 13 Цилиндрический сосуд высотой H и диаметром D приведен во вращение с постоянной угловой скоростью. Найти наименьшее давление в жидкости Ж, заполняющей сосуд, если ртутный манометр, присоединенный к сосуду жестко в точке А, имеет показания h и размеры:
a=0.3 H, r1=0.5 D+0.2, r2= r1+0.1
Определить силу давления жидкости на дно и крышку сосуда.
Определить угловую скорость ω при которой в сосуде нарушится равновесие жидкости, считая, что разрыв жидкости происходит в точке (области), где абсолютное давление равно нулю.
Задача 14 Цилиндрический сосуд диаметром D, наполненный жидкостью Ж до высоты а в пьезометрах одинакового диаметра, вращается с частотой n. Пьезометры расположены на радиусах r1 и r2= r1+0.2.
Определить силу давления на крышку сосуда в трех случаях: при совместной работе двух пьезометров и раздельной (когда поочередно отключается каждый из пьезометров).
Задача 15 В замкнутый цилиндрический сосуд диаметром D и длиной L залиты жидкости Ж1 и Ж2 равных объемов, образующих слои толщиной h. Частота вращения сосуда n. Определить, пренебрегая действием на жидкость сил тяжести:
1 – наибольшее давление в сосуде;
2 – растягивающие силы в осевом сечении сосуда и в сечении, перпендикулярном его оси.
Задача 16 В бак поступает жидкость Ж с расходом Q и вытекает через отверстие диаметром d в дне бака. С целью поддержания постоянного расхода через отверстие к баку присоединен прямоугольный водослив с тонкой стенкой. Порог водослива расположен выше кромки отверстия на высоту Н, ширина водослива В, боковым сжатием пренебречь.
Определить подачу в бак Q и расход через отверстие Q1, если напора на водосливе h, коэффициенты расхода отверстия μо=0,62 и водослива m=0,43. При какой подаче в бак истечение через водослив прекратится?
Решить задачу при условии, если к отверстию присоединить внешний цилиндрический или конический сходящиеся насадки, или сопло с выходным отверстием диаметром d. Значения коэффициентов расхода принять соответствующими автомодельному режиму.
Задача 17 Бак разделен на две секции перегородкой, в которой имеется отверстие с острой кромкой диаметром d0. Из каждой секции вода вытекает через внешний цилиндрический насадок диаметром d0. Определить расходы через левый Qл и правый Qпр насадки при условии что в бак поступает жидкость с расходом Q и отверстие в перегородке затоплено.
Задача 18 Сравнить расходы воды через отверстие с острой кромкой, внешний цилиндрический насадок и коноидальный насадок (сопло) одинакового диаметра d при одинаковом напоре истечения Н.
Задача 19 Водоструйный насос перемещает жидкость Ж из бака В в бак С с помощью рабочего потока воды, движущегося из бака А в бак С. Баки В и С открыты, бак А – закрыт и имеет давление воздуха рА. При указанных на рисунке обозначениях определить: 1) Давление рА в баке А и расход воды до момента, когда насос перестает перемещать жидкость Ж из бака В в бак С. При этом l1=2 м, d1=50 мм, d2=25 мм, d3=45 мм, d4=100 мм. 2) Расход Q2 перемещаемой из бака В жидкости Ж, если известно давление рА и расход рабочего потока Q1 (воды) а также величины, указанные в п.1.
Задача 20 Для понижения давления на отдельных участках гидросистемы применяется редукционный клапан. Определить редуцированное давление р2 и высоту подъема золотника у при расходе через клапан жидкости Ж в количестве Q, давлении на входе р1 и сжатии пружины l. Диаметр золотника d, жесткость пружины С, коэффициент расхода клапана μ=0,6. Как изменится подъем золотника у и расход Q, если редуцированное давление увеличится на 25 % от начального, а давление на входе р1 не изменится.
Задача 21 Жидкость Ж подается из закрытого бака А в открытый В в количестве Q за счет избыточного давления рА в баке А по трубе, характеризующейся размерами d, h и l. 1) Определить давление рА при полностью открытом вентиле, имеющем коэффициент сопротивления ζ, и абсолютной шероховатости трубы Δ. Дать геометрическую интерпретацию уравнения Бернулли.
2) Определить давление рА при условии, что в бак В подается длинноволокнистая суспензия (ДВС) при том же расходе Q и концентрации суспензии С.
Задача 22 Из закрытого бака А жидкость Ж по трубе вытекает в атмосферу. Определить:
1) Расход жидкости Q и давление рА в баке А, если дано: перепад давления на среднем участке трубы (в пьезометрах) Δh, длина одного участка l, шероховатость Δ, температура жидкости t ºС, коэффициент сопротивления вентиля ζ=0;
2) Как изменится расход и разность показаний Δh при том же напоре в баке, но частично прикрытой задвижке (ζ≠0);
3) Как изменится разность показаний Δh при том же расходе Q, если в трубе будет двигаться коротковолокнистая суспензия (КВС) при концентрации С.
Задача 23 Пневмогидравлический аккумулятор приводит в движение поршень 4 гидроцилиндра 3. Определить скорость установившегося движения поршня Vп, если дано: полезная нагрузка поршня F, давление воздуха ро, диаметр трубы 2 – d, длина l, диаметр цилиндра D, жидкость Ж при температуре 15-30 °С, потери на местные сопротивления составляют 20-30% от потерь по длине. Утечками и трением поршня в гидроцилиндре пренебречь.
Задача 24 В стальном трубопроводе движется жидкость Ж при расходе Q и температуре t. Длина трубопровода L, диаметр d, толщина стенок δ . Определить минимальное время закрывания задвижки, чтобы повышения давления, вызванное гидроударом, не превышало Pmax. На сколько повысится давление в трубопроводе при мгновенном закрывании задвижки?
Задача 25 Сложный стальной трубопровод состоит из двух последовательно соединенных участков и задвижки на выходе. Определить повышение давления перед задвижкой при ее закрывании, если время закрывания τ, расход воды Q, длина первого участка l1, диаметр d1, второго - l2, d2, толщина стенок трубопровода δ, температура t ºС. Определить наименьшее время закрывания задвижки, исключающее прямой гидравлический удар.
Задача 26 Баки А и В соединены сложным трубопроводом. Размеры труб: d1= d4, d2= d3, l1= l4, l2= l3.
Определить магистральный расход воды в трубопроводе, если давление в баке А- рА, в баке В – рВ, разность уровней жидкостей в баках – Н. Коэффициенты сопротивления трения в трубах равны: λ1= λ2= λ3=0,025, λ4=0,02. Коэффициент сопротивления задвижки равен ζ. Остальными местными сопротивлениями пренебречь.
Задача 27 Определить давление в баке А – Ра, если в трубопроводе будет двигаться длинноволокнистая суспензия (ДВС) с расходом Q и концентрацией С. Шероховатость труб Δ. Остальные величины взять из задачи 26.
Задача 28 Из закрытого бака керосин вытекает по сложному трубопроводу в атмосферу. Размеры труб: d1, l1, d2 = d3, l2 = l3, шероховатость Δ. Определить расходы жидкости на участках II и III, если давление в баке рА и высота уровня жидкости Н, а также высоту h расположения узла С при предельной вакууметрической высоте, равной 10 м.
Задача 29 В трубопроводе движется коротковолокнистая суспензия (КВС) с концентрацией С %. Определить давление в баке рА при значениях расхода, определенного по условию задачи 28 для воды.
КВС – СФАБ, С=5%. Условие задачи 28 Из закрытого бака керосин вытекает по сложному трубопроводу в атмосферу. Размеры труб: d1, l1, d2 = d3, l2 = l3, шероховатость Δ. Определить расходы жидкости на участках II и III, если давление в баке рА и высота уровня жидкости Н.
Задача 30 Насос подает керосин в трубопровод. Размеры труб d1, l1, d2 = d3, l2 = l3, шероховатость Δ = 0,1-1,0 мм, коэффициент сопротивления вентиля ζ, высоты расположения выходных сечений H2, H3. Подача насоса Q.
Определить:
1) Расходы жидкости на участках II и III;
2) Давление на выходе из насоса в сечении 2-2;
3) При каких значениях диаметров d2 и d3 расходы жидкости на участках II и III будут равны?
Задача 31 Центробежный насос, работает на трубопровод (сеть), данные которого указаны в задаче 26. Характеристика насоса дана в табличной форме /табл. 2/. Определить:
1) Параметры насоса (подачу, напор, подводимую мощность, общий КПД) при его работе на сеть и построить характеристики насоса, считая, что они соответствуют частоте вращения n=1400 об/мин;
2) Как изменятся параметры насоса если частота вращения увеличится на 25%?
Задача 32 Центробежный насос, характеристики которого приведены в табл. 2, работает на трубопровод, схема и данные которого указаны в задаче 26. Определить:
1) Параметры насоса (напор, подводимую мощность, общий КПД), считая, что они соответствуют частоте вращения n=2900 об/мин;
2) Какова будет частота вращения ротора nx, если расход насоса увеличится на 25%?
Задача 33 В замкнутой системе создается циркуляция жидкости Ж в количестве Q с помощью насосов 1 и 2. По двум одинаковым трубопроводам длиной l и диаметром d. Определить напор каждого насоса, если вакууметрическое давление в баке А равно pвак, разность уровней жидкости в баках h, коэффициент сопротивления по длине λ = 0,025. При каком вакууме в баке А насосы будут создавать одинаковые напоры?
Задача 34 В замкнутой системе циркулирует длинновлокнистая суспензия (ДВС) с концентрацией С. При исходных данных, указанных в задаче 33, определить:
1) Напор каждого насоса;
2) Значение вакууметрического давления р в баке А, при котором насосы будут создавать одинаковые напоры.
Задача 35 Дать ответы на вопросы, поставленные в задаче 34, если в замкнутой системе будет циркулировать коротковолокнистая суспензия (КВС) с концентрацией С. КВС – СФАБ, С = 5 %.
Задача 36 Насос создает циркуляцию жидкости Ж в замкнутой системе, состоящей из трех участков трубопровода общей длиной 4l, диаметром d, шероховатостью Δ, радиатора ζр и компенсационного бачка, расположенного на высоте Н.
При подаче насоса Q:
1) Определить напор и мощность насоса;
2) Построить пьезометрическую линнию для системы и определить давление на входе в насос рвс;
3) Определить минимальную высоту Нmin, при которой в системе не будет вакуума.
Задача 37 Насос создает циркуляцию длинноволокнистой суспензии ДВС с концентрацией С в замкнутой системе. Радиатор из схемы исключить. Дать ответы на вопросы, поставленные в задаче 36 при указанных в ней исходных данных. Расход суспензии принять равным расходу жидкости.
Задача 38 Насос создает циркуляцию коротковолокнистой суспензии КВС с концентрацией С. Решить задачу при условии, указанном в задачах 36 и 37.
Задача 39 Насос работает на замкнутую систему, состоящую из котла и соединяющих его трубопроводов равной длины l и диаметром d. К середине правого вертикального участка подключен пьезометр, жидкость в котором устанавливается на высоте h. Давление в котле рм.
Определить:
1) Направление циркуляции жидкости Ж в системе;
2) Подачу напор и мощность насоса, приняв коэффициент сопротивления λ =0.025 и пренебрегая местными потерями;
3) Определить давление на входе и выходе из насоса.
Построить пьезометрическую линию, приняв положение уровня жидкости в котле относительно оси трубы равным а.
Задача 40 Центробежный насос при частоте вращения n обеспечивает циркуляцию жидкости Ж в замкнутой системе, состоящей из двух участков трубопровода I и II, соединенных в точке А, и компенсационного бачка, присоединенного в этой точке и расположенного на высоте Н0. Длина всасывающей линии 1 (от точки А до насоса) l1, длина вертикального участка 2h, диаметр труб d, коэффициент сопротивления λ=0,02-0,03, температура жидкости t ºС. Характеристика насоса при работе на воде, имеющей температуру 20 ºС, и частоте вращения n=900 об/мин представлена в табл.
Задача 41 Для подъема груза массой m и со скоростью V используется гидропривод, состоящий из насоса 1, дросселей 2 и 3, гидроцилиндров 4 и 5 и трубопровода. Рабочая жидкость Ж, диаметр труб d, диаметр гидроцилиндра D, расстояние между осями L.
При укладке груза его центр тяжести может смещаться от среднего положения на величину а.
1) Каким должен быть коэффициент сопротивления дросселя 2 или 3, чтобы груз поднимался без перекашивания? Коэффициент сопротивления полностью открытого дросселя принять равным нулю.
2) Каким будет при этом подача насоса и развиваемое им давление?
Потерями напора в трубопроводах системы, трением и утечками в гидроцилиндрах пренебречь.