Дәріс 4. Механикалық процестер

Дәріс жоспары.

1. Ұсақтаудын міндеті, тәсілдері мен түрлері.

2. Ұсақтаудың физикалы-механикалық негіздері. Ұсақтау теориясының негізі. Ұсақтауға кететін энергия шығыны.

3. Ұсақтағыштардың жұмыс істеу принципі және конструкциялары: жақты, білікті, балғалы, шарлы, конусты.

4. Сұрыптау процесі. Пішін және өлшемдер бойынша. Сұрыптау тәсілдерінің сипаттамасы. Електердің түрлері. Сұрыптау машиналардың түрлері.

5. Престеу. Шикізатты және химия өнімдерді қысыммен өңдеу. Гранулдеу. Пішің беру. Штампілеу. Өнімдерді қысыммен өңдейтін машиналардың эмпирикалық тәуелділіктері.

Механикалық күштердің әсерімен қатты денелерді бөлу процесі ұсақтау деп аталады. Ұсақтау процесінде материалдың көлемі сақталады да, оның бөліктер саны және қоршаған ортамен жанасу беті көбейеді. Ұсақтау процесі химиялық және т.б. өндірістерде кеңінен қолданылады.

Ұсақталған материал экстракциялау, жылумен өңдеу және т.б. процестердің өтүін тездетеді және заттардың, жылудың шығындарын азайтады.

Егер ұсақтау кезінде белшектерге белгілі бір пішін беру қажет болмаса, онда бұл процесс ұсақтау, ал егер ұсақтаумен бірге бөлшектерге белгілі бір пішін берілсе, оңда мұндай процесс кесу деп аталады.

Ұсақтау қолданылатын күштердің түріне байланысты: қысу, шағу, сындыру, үйкеу және айыру тәсілдерімен іске асырылады (6.1-сурет). Іс жүзіңде әртүрлі күштер бір мезгілде қолднылады. Мысалы, қысу және соққылау, соққылау және үйкеу және т.б. Бөлшектердің өлшеміне (размеріне) және материаддың механикалық қасиетіне байланысты ұсақтау тәсілін таңдап алады.

Ұсақтаудың тиімділігі ұсақтау дәрежесімен анықталады.

Ұсақтау дәрежесі і материал бөлшектерінің ұсақтауға
дейінгі (D) және ұсақтаудан кейінгі (d) өлшемдерінің қатынасына тең, яғни

, (14.1)

Мұнда D және d - бөлшектердің ұсақтауға дейінгі және ұсақтаудан кейінгі орташа өлшемдері. Мысалы, шартәрізді бөлшектер үшін - диаметр, куб тәрізді бөлшектер үшін - қабырғаларының ұзындығы. Егер бөлшектердің пішіні геометриялық дұрыс болмаса, онда орташа геометриялық өлшем:

Мұнда l, b, h - бөлшектің ең үлкен ұзындығы, ені және биіктігі. Сонымен ұсақтау дәрежесі ұсақтау кезінде материал бөлшегінің өлшемі қанша есе азайғанын көрсетеді. Ұсақтағыштар мен диірмендердің өнімділігі және энергия шығындары ұсақтау дәрежесіне байланысты болады.

Ұсақталатын және ұсақталған материалдың ең ірі бөлшектерінің өлшемдеріне байланысты ұсақтаудың түрлері 14.1- кестеде берілген.

14.1- кесте

Ұсақтау процесі материал бөлшектерінің арасындағы ілінісу күшін жеңетін сыртқы күштердің әсерінен іске асырылады. Бұл кезде белгілі бір жұмыс атқарылады. Ұсақтау теориясындағы ең негізгі проблемалардың бірі - осы атқарылатын жұмыстың шамасын анықтау. Ұсақтауга жұмсалатын жұмыс мына шамалардан құралады:

1) материалдың ұсақталатын бөлшектерінің көлемдік деформациясына жұмсалған жұмыс;

2) бөлшектердің өлшемі кішірею салдарынан пайда болатын

3) ұсақтау машиналары жұмыс істеу нәтижесінде пайда болатын

Мұндағы алғашқы екеуі ұсақтаудағы пайдалы жұмсалатын жұмыс болып табылады.

Ұсақталатын бөлшек көлемінің серпімді деформациясына жұмсалған жұмыс ( А_Д ) көлемнің өзгеруіне пропорционал:

(14.2)

мұнда - қатты дене көлем бірлігінің деформациясына жұмсалған жұмысқа тең пропорционалдық коэффициент; ұсақтағанда - ұсақталған бөлшек көлемінің өзгеруі деформацияланған көлем .

Жаңа беттің пайда болуына жұмсалған жұмыс (А_Б) оның өзгеруіне пропорционал:

(14.3)

мүнда - пайда болған жаңа беттің бірлігіне жұмсалған жұмысқа тең пропорционалдық коэффициент; - жаңадан пайда болган бет.

Ұсақтауға жұмсалған сыртқы күштердің толық жүмысы РЕБИНДЕР теңдеуімен өрнектеледі:

(14.4)

Ірі материалдарды і-дің аз мәндерінде ұсактағанда жаңа беттер пайда болуға жұмсалған жұмыстаң аз болуына байланысты оны есепке алмауға болады. Сонымен бірге, бөлшектің көлемінің өзгеруі оның алғашқы көлеміне пропорционал, ал көлем бөлшек өлшемінің (D³) үшінші дәрежесіне пропорционал екендігін есепке алсақ (6.4) -теңдеуді былай жазуға болады:

мүнда - пропорционалдық коэффициент.

(14.5)-теңдеу Кик-Кирпичевтің ұсақтау гипотезасын өрнектейді: Ұсақтауға жұмсалған жұмыс ұсақталатын бөлшектін көлеміне немесе массасына пропорционал. Бұл кездегі толық жұмыс ұсақтау дәрежесі аз болған, ірі ұсақтау жағдайына сәйкес анықталады.

Егер материал жоғары үлкен ұсақтау дәрежесімен ұсақталса, онда (14.4) -теңдеуіндегі көлем деформациясына жұмсалған жұмысты, аз болуына байланысты есепке алмауға болады. Онда, бөлшек бетінің өзгеруі оның алғашқы бетіне пропорционал, ал ол бөлшек өлшемінің (D²) квадратына пропорционал болады:

мұнда - пропорционалдық коэффициент.

(14.6)-теңдеу Риттингер гипотезасын өрнектейді: Ұсақтауға жұмсалған жұмыс жаңадан пайда болган бетке пропорционал. Риттингер гипотезасы ұсақтау дәрежесі жоғары болған (майда ұсақтау) ұсақтауда жұмсалған жұмысты шамалап анықтауда қолданылады.

Егер (6.4)-теңдеудің екі қосындысында есепке алу керек болса (ұсақтау дәрежесі орташа), онда Бонд мына теңдеуді ұсынады:

мұнда - пропорционалдық коэффициент.

Яғни ұсақтауға жұмсалған жұмыс бөлшектің көлемі мен бетінің геометриялық орта мәніне пропорционал.

(14.5) - (14.7) - теңдеулері ұсақтауға жұмсалған жұмыстың абсолют мәнін есептеуге мүмкіндік бермейді, себебі , , коэффициенттер белгісіз. Сондықтан бұл теңдеулерді ұсақтау процестерін салыстыру үшін қолданылады.

Химия өнеркәсібінде ұсақталатын материалдардың түрлері өте әртүрлі, сондықтан оларды ұсақтайтын машиналардың түрлері де әртүрлі. Дегенмен, машиналар мынадай жалпы талаптарга жауап берулері керек:

1) машиналардың істен шығатың ұсақтағыш элементтерін алмастыру тез және оңай болу керек;

2) ұсатылған материалдың бөлшектерінің өлшемдері бірдей және ұсақтағыштың құрылымы ұсақтау дәрежесін мүмкіндігінше тез және оңай өзгертетін болу керек.

3) құрғақ материалдарды ұсақтағанда шаң аз шығу керек;

4) белгілі дәрежеге дейін ұсақталған материал ұсатқыштан тез шығарылуы керек;

5) ұсақтағыштың массасы мүмкіндігінше аз болуы керек.

Химия өнеркәсібінде сусымалы материалдарды өндеуде оларды пішініне және өлшеміне, газ және сұйық орталарда тұну жылдамдығына, магнитті қасиеттеріне қарай ажырату қажет болады. Мысалы, химия өндірісінде сусымалы материалды әртүрлі қоспалардаң ажыратады.

Сусымалы қоспаларды әртүрлі фракцияға ажырату сұрыптау процесі деп аталады.

Ажыратылатын фракциялардың қасиеттеріне байланысты сусымалы материалдарды сұрыптаудың мынадай тәсілдері болады:

1) бөлшектердің пішіні және өлшемі (размеріне) бойынша: елек және триерлерді пайдалану арқылы;

2) тұну жылдамдығы бойынша: газды және сұйық орталарда ажырату;

3) электромагнитті қасиеттері бойынша сепараторларды пайдалану арқылы;

4) электростатикалық және флотация тәсілдерімен ажырату.

Бөлшектерді өлшемі бойынша сұрыптау електер жәрдемімен орындалады. Химия өнеркәсібінде қолданатын електердің екі түрі болады: жүқа болат табақшасына штампталған тесіктер; метал сымынан немесе нейлон, капрон, жібек жіптерінен тоқылған торлар.

Тоқылган торлар квадратты немесе тік төртбұрышты пішінді, ал штампталған тесіктердің пішіндері әртүрлі болады.

6.19 - сурет. Елек. а- тоқылған торлар; б- штампталған тесіктердің пішіндері.		6.20-сурет. Електі талдаудың нәтижесі.

Електің өткізу қабілеттігі оның пайдалы қимасымен сипатталады:

(15.1)

мұнда ? - пайдалы қима; F_т - тордағы тесіктер қималарының ауданы; F - тордың барлық қимасының ауданы.

Штампталған торлардың пайдалы ауданы 50%-ке, ал тоқылған торлардыкі - 70% -ке дейін болады.

Електер тесіктердің өлшеміне байланысты нөмірленеді. Квадратты тесігі бар електер, тесік қабырғаларының өлшеміне (миллиметрмен) байланысты нөмірленеді. Мысалы, №4 және № 0,4 електердің тесіктерінің өлшемдері 4 мм және 0,4 мм болады.

Сұрыптаудың әртурлі тәсілдері бар. Іс жүзінде бір және көп рет сұрыптау қолданылады. Көп рет сұрыптаудың үш түрлі тасілі болады: майдадан іріге (15.1а-сурет), іріден майдаға (15.1б-сурет) және құрастырылған (15.1в-сурет).

15.1 - сурет. Көп рет сұрыптау тәсімі: а- майдадан іріге қарай; б- іріден майдаға қарай; в- құрастырылған. 1- жүктегіш шанақтар; 2- електер; 3-қабылдағыш шанақтар.

Майдадан іріге қарай сұрыптауда аппараттарды пайдалану оңай, бірақ тиімділігі аз, себебі кіші тесікті секциялар ірі бөлшектермен бітеліп қалады. Іріден майдаға қарай сұрыптаудың тиімділігі жоғары, бірақ қондырғыны пайдалаңу қиындау. Құрастырылған әдісте жоғарыдағы кемшіліктер кем кездеседі.

Електер жазық, цилиндрлі немесе коңусты болады. Жазық електер қайтпалы - ілгерімелі немесе дірілді, ал цилиндрлі електер айналмалы қозғалыс жасайды. 15.2-суретте тербелмелі және дірілдегіш електер көрсетілген. Тербелмелі електер (15.2а-сурет) бір және көп ярусты болады. Бір ярусты електе майдадан іріге қарай, ал көп ярустыда іріден майдаға немесе құрастыралған тәсілде еленеді.

Дірілдегіш електерде 15.2б-сурет бір және көп ярусты болуы мүмкін. Мұнда електер дебалансы (3) бар арнайы дірілдеткіш жәрдемімен тербелмелі қозғалыс жасайды.

15.2-сурет. Електер: а-тербелмелі: 1-эксцентрик; 2- корпус; 3- тіреуіш; б - дірілдегіш: 1- електің торы; 2- корпус; 3- дебаланс; 4- білік; 5 - серіппе.

Дірілдегіш електің артықшылықтары: тор тесігінің аз бітелуі; өнімділігі үлкен; әмбебаптығы, яғни әртүрлі ылғал материалдарды елеу мүмкіндігі; пайдалануға икемді; энергия шығыны аз.

Шикізат ішінде әртүрлі металды қоспалар болуы мүмкін. Бұл металды қоспалар ферромагнитті қасиетке және олар оңдеу машиналарының (ұсатқыш, кескіш, үккіш және т.б.) жұмысшы бөлшектерінің жұмыстан тез шығуына немесе сынуына септігін тигізеді. Сондықтан, мұндай зиянды қоспалардан ажырату үшін магнитті сепараторлар қолданылады. Шикізаттардан ферромагнитті заттарды ажырату үшін оларды тұрақты магнит немесе электромагнит жанынан жүқа қабатта (100 мм-ден көп емес) өткізеді.

Тұрақты магниттің көтеру күшін мына формуламен шамалап анықтауға болады:

, Н (15.3)

мұнда В - магнитті индукция, Т (тесла);

F - магниттің көлденең қима ауданы, м .

15.5-сурет. Тұрақты магнитті сепаратор: 1- тұрақты магнит; 2-науа; 3- ысырма.		15.6-сурет. Электромагнитті сепаратор: 1- полюстер; 2- ось; 3-барабан; 4- науа; 5- қабылдағыш

Тұрақты магнитті сепаратор (15.5-сурет) сусымалы материал өтетін науаға (2) 3-5° көлбеу бұрышпен орнатылған тақа тәрізді тұрақты магниттен (1) құралады. Материал қабатының қалыңдығы ысырмамен (3) реттеледі. Магнитпен ұсталған металды қоспалар мерзімді алынып тұрады.

Электромагнитті сепараторларда (15.6-сурет) тұрақты токпен қоректенетін электромагниттер орнатылады. Мұндай сепараторлардың көтеру күші тұрақты магнитке қараганда көп болғандықтан кеңірек қолданылады. Аппаратқа қозғалмайтын магнитті жүйе (полюстер) ор-натылады да, оның сыртында латуннан жасалған барабан (3) ось бойынша айналады. Материал барабанға науа (4) арқьлы беріледі. Ортадан тепкіш күш әсерінен материал лақтырылып тасталады, ал ферромагнитті; қоспалар магниттен барабан бетінде ұсталынып қалады. Барабан айналғанда ұсталған қоспалар магнит өрісінен шығып, қабылдағышқа (5) түседі.

Материалдарды қысыммен өңдеу - престеу.

Химия өнеркәсібінде ең жиі қолданылатын механикалық процестердің бірі престеу болады. Бұл кезде арнаулы механикалық құрылғылар - престер жәрдемімен материалдарға сыртқы қысым әсер етеді. Престеу мынадай мақсаттарды көздейді:

1) қатты денеден сұйықты ажырату;

2) пластикалық материалдарды қалыптау (формалау);

3) сусымалы материалдарды нығыздау;

4) материалдарды тесіктердең сығып шығарып, қажетті пішінді өнім алу (экструзия).

Қатты денелерден сұйықты сығып шығару екі мақсатты көздеуі мүм-кін: біріншіден сұйық бағалы компонент ретінде қатты денеден ажыратылып алынады; екіншіден сұйық бағасыз компонент ретінде ажыратылады. Бұл кезде біртекті сұйық және біртекті нығыздалған қалдық (брикет пішінді) алынады.

Сусымалы материалдарды нығыздау, престеу немесе брикеттеу арқылы орындалып химия заводтарында қыспақтарды алуда қолданады.

Сұйықты сығып алу процесіне мына негізгі факторлар әсер етеді: қысым шамасы; материалдың құрамы мен қасиеттері, әсіресе оның беріктігі мен кеуектілігі; материалдың өлшемдері; престеу уақыты; процестің термиялық жағдайы; пресстелетін қабаттың қалыңдығы.

Жалпы жағдайда қысым өскен сайын престеу тиімділігі артады. Дегенмен, өндірістің технологиялық ерекшеліктерімен қысымның шамасы шектеледі. Сұйықты сыгып алу процесінің күрделілігіне байланысты қажетті қысым шамасын есептеп анықтайтын тиянақты формула жоқ.

Сығып алынатын сұйық сығу процесінде көлденең қимасы өзгеріп тұратын капиллярлардың күрделі жүйесі бойынша сүзу процесіндегі ұзақ жол жүрүі керек. Сондықтан, капиллярлар арқылы ағатын сұйық мөлшерін Пуазейль теңдеуі арқылы анықтауға болады:

(15.5)

мүнда ?р - капиллярдағы қысымдар айырмасы; Па; d - капилляр диаметрі, м; ? - сұйықтың динамикалық тұтқырлығы, Па·с; l - капилляр ұзындығы, м.

Бұл теңдеуге байланысты сығылып шығатын сұйықтың мөлшері қысымдар айырмасы және капилляр өлшеміне тура пропорционал, ал сұйықтың тұтқырлығына және капилляр ұзындығына кері пропорционал. Демек, сұйықтың толық сығылып шығуы үшін қысымды көбейтіп, тұтқырлықты азайту керек.

Дегенмен, қысым шектен тыс көбейгенде капиллярлардың қимасы тарылады, яғни престің өнімділігі азаяды. Сондықтан, тиімді қысым ша-масы материалдың структуралы-механикалық қасиетін, алынатын сұйықтың мөлшері мен сапасын есепке алып, тәжірибелік жолмен анықталады.

Сұйықтың толық шығуын қамтамасыз ету үшін материал кейбір кезде алдын-ала ұсақталады және термиялық, электрлік әдіспен өңделеді. Сұйықтың тұтқырлығын азайту үшін материалды технологиялық жағдай көтере алатын температураға дейін ысытады.

Престеу процесінің тиімділігін сипаттайтын жалпы параметр нығыздау коэффициенті болып табылады:

мұнда V_б - материалдың бастапқы көлемі, м³; V_с - престеуден кейінгі материалдың көлемі, м³.

Престеу процесін есептеуде престеу коэффициентін қолданады:

(15.9)

? - ның мәні 3 тен 20-ның аралығында, ал К_П = 60 ? 95%. Бұл коэффициенттердің мәні престелетін материалдынң қасиетіне байланысты.

Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.

1. Не үшін және қандай әдістер көмегімен қатты денелерді ұсақтау жүргізіледі? 2. Ұсақтау дәрежеі дегеніміз не, және ұсақтауға түсетін бөлшектердің өлшемдері қандай? 3. Ұсақтау процесінің мәні қандай? Кирпичев және Ребиндер заңңдары қандай? 4. Ұсақтауға жұмсалатын жұмыс қалай анықталады? Ұсақтағыштарға қандай талаптар қойылады. 5. Ұсақтағыш машиналарының және ұсақтау әдістерінің жіктелуі. 6. Орташа ұсақтау үшін пайдаланылатын ұсақтағыштар. 7. Құрылғының жұмыс істеу теориясы, қуат шығынын және өлшемдерін анықтауға арналған есептеу формулалары. 8. Ірі ұсақтау үшін пайдаланылатын ұсақтағыштар. 9. Құрылғының жұмыс істеу теориясын, қуат шығынын және өлшемдерін анықтауға арналған есептеу формулалары. 10. Майда ұсақтау үшін пайдаланылатын ұсақтағыштар. 11. Құрылғының жұмыс істеу теориясын, қуат шығынын және өлшемдерін анықтауға арналған есептеу формулалары. 12. Елеу мәні. 13. Електер, олардың сипаттамалары және оларды дайындау әдістері? 14. Електік анализ теориясының негіздері қандай? 15. Електердің ПӘК және електердің анализдерінің нәтижелері графиктік және математикалық түрде қалай көрсетіледі? 16. Елеуге арналған машиналар қандай белгілеріне байланысты жіктелінеді? 17. Престеу процесі дегеніміз не? 18. Материалдарды қысыммен өңдеудің мақсаты не? 19. Материалдарды қысыммен өңдеу теориясының негіздерін қалай жазуға болады? 20. Химия өнімдерін қысыммен өңдеуге арналға машиналардың жіктелуі? 21. Кеңінен тараған престердің құрылымын сипаттап беріңіздер? 22. Химия өнімдерің қысыммен өңдейтің машиналардың жіктелуі. 23. Ең жиі қолданатың престердің құрылғысың және олардың өнімділігін анықтау.

Ұсынылатың әдебиет: 4.1.3. 189 - 203 бет

Дәріс 5. Гидростатика негіздері.

1. Сұйықтың тепе-теңдік түрлері.

2. Гидростатиканың негізгі теңдеуі. Тепе-теңдіктегі сұйықтардың дифференциал теңдеуі (Эйлер теңдеуі).

3. Қысым күші. Жазық және қисық сызықты беттердегі сұйықтардың қысым күші.

Гидростатиканың жалпы теңдеуі, ол сұйықтардағы массалық және беттік күштер арасындағы байланысты қалыптастыратын дифференциалды Эйлер теңдеуі. Осы теңдеу көмегімен қарапайым және әрі жылдам түрде сұйықтың абсольютті тыныштық жағдайдағы күйінің, сондай-ақ салыстырмалы тыныштық жағдайдағы күйінің, ауырлық күші мен қатар инерция күштері кездесетін практикалық есептерін шешуге болады. Сұйық абсолютті тыныштықтағы күйде болғандағы Эйлер теңдеуінің интегралынан, гидростатиканың негізгі теңдеуін аламыз

,

мұнда – терңдіктегі сұйық деігейінің салмақтың қысымы.

Бұл теңдеу Паскаль заңының өрнегі болып табылады, яғни: тыныш қалпындағы сұйықтың кез-келген нүктесіндегі қысым оның көлеміндегі барлық нүктелеріне бірдей таралады.

Қысымды абсолюттік , манометрлік (артықша) – және вакууметрлік – деп үшке бөледі.

Манометрлік – абсолюттік және атмосфералық қысымдардың өзара айырмасын көрсетеді .

Вакууметрлік, немесе вакуум – егер қысым атмосфералыққа жетпейтін болса (қысымның дефициті) .

Өзін-өзі тексеру сұрақтары.

1. Гидростатиканың негізгі теңдеуін жазыңыз? 2. Абсолюттік қысым, манометрлік қысым, вакуумдік қысым дегеніміз не? Мұндай қысымдар арасындағы өзара байланыс қандай болады? Вакуумның мүмкін болатын ең үлкен шамасы қандай және ол немен шектеледі? 3. Жазық беттегі сұйықтың қысым күшін қалай анықтайды? 4. Қисықсызықты беттегі нәтижелік қысым күшін анықтау ерекшелігі неде? 5. Қысым центрі дегеніміз не және ол қайда орналасқан? Қысым центрі ауырлық центрімен қай кезде теңеседі? 6. Манометрлік немесе вакуумдық қысымдар болған кезде пьезометрлік жазықтықтың күйі қалай анықталады? 7. Қысымға тең бет (деңгей беті). дегеніміз не? Деңгей бетінің негізгі теңдеуі? 8. Деңгей бетін ретінде қандай пішінді қабылдайды және оның абсолютті тыныштықтағы сұйық кезіндегі теңдеуі қалай жазылады? 9. Паскаль заңы қалай жазылады және оның гидростатиканың негізгі теңдеуімен арасындағы өзара байланысы қандай? 10. Гидростатиканың негізгі теңдеуінің іс жүзінде қолданылуына және Паскаль заңы негізінде туындаған гидравликалық қондырғыларға мысал келтіріңіз?

Ұсынылатын әдебиеттер:

Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы /Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов және тб./ – М.: Машинажасау, 1982. – 423 б. –17 – 34 бет;

Шлипченко З.С. Насосы, компрессоры и вентиляторы. – Киев: Техника, 1976. – 368 б. –19 – 43 бет;

Вильнер Я.М., Ковалев Я.Г., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. – Минск: жоғарғы мектеп, 1976. – 416 б. – 24 – 49 бет.

1. Сұйық қозғалысының түрлері.

2. Ағыстың негізгі гидравликалық элементтері.

3. Сұйықтар мен газдардың үзіліссіздік теңдеуі.

4. Идеал сұйықтар қозғалысының дифференциал теңдеуі (Эйлер теңдеуі).

Мөлшер деп бірлік уақытта көлденен қима арқылы ағып өткен сұйық мөлшерін айтамыз. Мөлшер көлем, салмақ немесе масса бірлігінде өлшенуі мүмкін. Осыған сәйкес шығындарды бөледі: көлемдік, салмақтық немесе массалық.

Қалыптасқан қозғалыста қозғалыс жылдамдығының шамасы мен бағыты уақыт бойынша өзгермейді, сұйықтың қозғалысы тек кеңістіктің координаталарына ғана байланысты өзгереді және кез-келген нүктеде уақыт бойынша өзгермейді.

Сұйық құбырмен қалыптасқан қозғалыста ақса, онда құбырдың әрбір көлденең қимасынан уақыт бірлігінде өткен сұйықтың мөлшері тұрақты болады, оны келесі теңдеу арқылы анықтаймыз

Көрсетілген теңдеу көлемдік шығынның тұрақтылық теңдеуі деп аталады немесе ағын үшін қозғалыстың үзіліссіздік теңдеуі деп аталады. Осы теңдіктен тірі қимадағы орташа жылдамдық оның ауданына кері пропорционалды екенін көруге болады.

Өзін өзі тексеру сұрақтары.

1. Сұйықтың қалыптасқан және қалыптаспаған, бірқалыпты және бірқалыпты емес, ағынды және ағынды емес қозғалыстары дегеніміз не? 2. Сұйық бөлшегінің тракториясының тоқ желісінен айырмашылығы қандай? Траектория және тоқ желісі қай кезде бір – бірімен бірдей болады? 3. Тоқ түтікшесі дегеніміз не? Элементарлық ағынша? 4. Элементарлық ағынша негізгі қасиеттерін атаңыз. 5. Тоқтың негізгі қасиеттерін атаңыз, және олардың қысқаша сипаттамалары туралы не білесіз? 6. Орташа жылдамдық пен ағынның тірі қимасы арасындағы байланыс қандай? 7. Сұйық шығыны дегеніміз не? Көлемдік, салмақтық немесе массалық шығындар арасындағы өзара байланыс қандай?

Ұсынылатын әдебиеттер:

Шлипченко З.С. Насосы, компрессоры и вентиляторы. – Киев: Техника, 1976. – 368 б. –43 – 51бет;

Вильнер Я.М., Ковалев Я.Г., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. – Минск: Жоғары мектеп, 1976. – 416 б. – 51 – 57бет.

Дәріс 7. Бернулли теңдеуі.

1. Идеал сұйықтың қалыптасқан қозғалысы үшін Бернулли теңдеуі. Бернулли теңдеуін геометриялық және энергетикалық талдау.

2. Тұтқыр сұйықтар ағыны үшін Бернулли теңдеуі. Гидравликалық шығын туралы жалпы түсінік.

Гидродинамиканың негізгі теңдеуі Бернулли теңдеуі, ол ағыстың екі қимасы үшін жазылады

мұнда – геометриялық тегеурін (қарастырылатын қиманың ауырлық центрінен кездейсоқ алынған горизонталь жазықтық арасындағы қашықтық);

Келтірілген теңдеу нақты сұйықтың қалыптасқан қозғалысы үшін жазылған. Идеал сұйықтың ағуы кезінде – .

Сұйық қозғалысымен байланысты бірде-бір есеп Бернулли теңдеуінсіз шешілмейді.

Өзін-өзі тексеру сұрақтары.

1. Идеал және нақты сұйықтардың элементар ағыншалары үшін бернулли теңдеуін жазыңыз. Сұйық ағыны үшін. 2.Ағынның орташа жылдамдығы және тірі қима арасындағы өзара байланыс қандай? 3. Бернулли теңдеуінің геометриялық және энергетикалық мәні, олардың өлшем бірліктері қандай? 4. Гидравликалық, пьезометрлік және геометриялық көлбеулік нені сипаттайды? 5. Сұйық қозғалысы кезіндегі геометриялық, пьезометриялық және ағынды сызықтардың орналасу мүмкіндігін түсіндіріңіз? 6.Олардың әр қайсысы ағын бағыты бойынша горизонтальды бола ала ма? 7. Кариолис коэффициентінің сандық мәні неменеге байланысты болады? 8. Сұйық шығынын өлшеу тәсілдері мен әдістерін атап көрсетіңіз? 9. Ағыстың тірі қимасының өлшемін өзгерткен кезде сұйық ағынындағы қысым өзгере ме?

Ұсынылатын әдебиеттер:

Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы /Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др./ – М.: Машинажасау, 1982. – 423 б. –37 – 57бет;

Шлипченко З.С. Насосы, компрессоры и вентиляторы. – Киев: Техника, 1976. – 368 б. –51 – 60 бет;

Вильнер Я.М., Ковалев Я.Г., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. – Минск: Жоғары мектеп, 1976. – 416 б.– 57 – 60 бет.

Дәріс 8. Гидродинамикалық ұқсастық негіздері.

1. Гидродинамикалық ұқсастықтар критерийлері мен сандары.

2. Сұйықтар қозғалысының тәртіптері (ламинарлы және турбулентті). Ламинарлық және турбулентті қозғалыстың ерекшеліктері.

Табиғатта сұйық қозғалысының екі тәртібі кездеседі – ламинарлы режим, сұйықтың бөлшектері бір-бірімен араласпастан, түзу сызық бойымен тәртіпті түрде ағады, және турбулентті режим, бұл кезде сұйықтың бөлшектері бір-бірімен бейберекет және тәртіпсіз қозғалыс жасайды, мұнда сұйық қабаттары қарқынды түрде бір-бірімен араласып кетеді.

Сұйықтардың қозғалыс режимдері Рейнольдс санымен (критериімен) анықталады.

Аналитикалық және тәжрибелік зерттеулер заңдылықтарының сәйкес келуін көптеген жағдайларда ұқсастық теориясы анықтайды – ол тәжрибені дұрыс жүргізу мен өткізу және өлшембірліктер теориясы туралы ғылым.

Бұл кезде ұқсастық теориясы келесі сұрақтарға, екі немесе бірнеше ұқсас жүйелердің болуы үшін қандай шарттар пайдалы және қажет екендігіне, зерттеу кезінде қандай физикалық шамаларды өлшеу керек екендігіне, ұқсас процестерді өрнектейтін теңдеу және теңдеулер жүйесін алу үшін тәжрибені қалай жасау және оның нәтижелерін қалай өңдеу керек екендігіне жауап береді.

Гидродинамикалық процестер бір-біріне ұқсас болады, егер геометриялық, кинематикалық және динамикалық (материалдық) ұқсастықтар сақталатын болса.

Ньютон критериі – гидродинамикалық ұқсастықтың жалпы критериі болып табылады және барлық күштер үшін дұрыс және келесі теңдеумен анықталады

.

Бір-біріне ұқсас процестер бірдей ұқсастық сандармен сипатталады және олардың ұқсастық индикаторы бірге тең болады

Толық гидродинамикалық ұқсастыққа жету үшін сұйыққа бір уақытта әсер ететін барлық күштердің – үйкеліс, қысым, ауырлық, инерция және т.б. пропорционалдығын қамтамасыз ету керек. Бірақ іс жүзінде мұндай талапты орындау мүмкін емес. Сондықтан, процеске тікелей қатысатын күштердің пропорционалдығын қамтамасыз ететін, мынадай толық емес ұқсастықты пайдаланамыз:

1. Құбырөткізгіштегі тегеурін, мұндағы процеске қатысатын тұтқыр кедергі күші – Рейнольдс критериі;

2. Процестер, мұнда басты рөлді ауырлық күші алады – Фруд критериі;

3. Құралдар, мұнда негізгі жұмыс гидродинамикалық қысым әсерінен жүреді (гидрожетектер, гидравликалық пресстер және т.б.) – Эйлер критериі.

Әртүрлі гидравликалық зерттеулер кезінде зерттелетін құбылысқа әсер ететін физикалық шамалар арасындағы өзара функциональдық байланысты тағайындау керек, ол өлшембірліктерді талдау әдісімен алынуы мүмкін. Осы әдіс негізі Пи-теоремасы немесе Бэкингем теоремасы болып табылады. Ол былай дейді:

Егер процесті сипаттайтын жалпы функционалдық байланыс физикалық өлшемді шамалармен (мысалы, жылдамдық, тығыздық, тұтқырлық)өрнектелсе және бұл шамалар негізгі өлшем бірліктермен өлшенсе, онда мұндай функционалдық байланыс – осы шамалардан түзілген ұқсастық саны бар критерилі теңдеумен өрнектеледі.

Қысым шығынын анықтауға арналған функциональдық байланысқа енетін негізгі физикалық шамалардың өлшембірліктерін зерттеу Дарси формуласын алуға мүмкіндік береді – ол формула сұйықтың кез-келген қозғалыс режимінде, ұзын құбыр бойымен үйкеліліске жоғалтқын ағын шығынын көрсетеді.

немесе .

Тегеурін шығынын анықтау – іс жүзінде гидравликалық есептердің бірден-бір негізгі міндеті. Бірақ, тағы бір айта кететініміз гидравликалық кедергіні зерттеу тек сұйықтың қалыптасқан қозғалысы үшін ғана мүмкін. Қалыптаспаған қозғалыс үшін оларды анықтау әдістері жоқ, сондықтан гидравликада қалыптасқан қозғалыс кедергілерін зерттеу нәтижелері қалыптаспаған қозғалысқа ауыстыруға болады.

Нақты сұйықтар ағыны үшін Бернулли теңдеуін (3.27) қарастырғанда , біздің ескере кететін жағдай, ағынның қосынды шығыны, шығынның екі түрінен тұрады – ағынның үйкеліске кеткен шығыны (құбырөткізгіш бөлімдерінің ұзындығы бойынша) және ағынның жергілікті кедергілерді жоюға кеткен шығыны. Құбырөткізгіштің ұзындығы бойынша тегеурін шығынына құбырөткізгіштің түзусызықты бөліміндегі тегеурін шығыны да жатады. Жергілікті кедергіге шығындалған тегеурінге, жылдамдықтың бағыты немесе шамасы өзгеруі байқалатыны және ағыстың конфигурациясы бұзылатын құбырөткізгіштің қысқа бөліміндегі тегеурін шығынын жатқызуға болады.

Ұсынылатын әдебиеттер:

Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы /Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др./ – М.: Машинажасау, 1982. – 423 б. –82 – 91бет;

Шлипченко З.С. Насосы, компрессоры и вентиляторы. – Киев: Техника, 1976. – 368 б. –75 – 90 бет;

Вильнер Я.М., Ковалев Я.Г., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. – Минск: Жоғары мектеп, 1976. – 416 б.– 67 – 85 бет.

Дәріс 9. Гидравликалық кедергілер.

1. Гидравликалық кедергілер, олардың пайда болуы және жіктелуі. Қабырғалардың бұдырлығы туралы түсінік. Гидравликалық тегіс және бұдырлы құбырлар.

2. Құбырдағы ағын шығыны. Дарси формуласы. Дарсидің гидравликалық коэффициентін анықтау формуласы және қолдану аймағы.

3. Жергілікті кедергілер. Жалпы түсінік. Жергілікті кедергілердің негізгі түрлері. Жергілікті шығын коэффициенті.

Ұзындық бойынша үйкеліс шығынының тегеуріні Дарси формуласымен анықталады, бірақ бұл жағдайда гидравликалық үйкеліс коэффициенті ?, оның ламинарлық ағыстан ерекшелігі ол басқа теңдік арқылы анықталады. Жалпы жағдайда Дарси коэффициенті ? Рейнолдс санының Re және салыстырмалы бұдырлықтың ?/d функциясы болады және жалпы жағдайда коэффициент

.

Теңдеуді толық Никурадзе графигі түсіндіреді, ол құбырға жасанды біркелкі бұдырлық беру нәтижесінде тәжрибелік жолмен алынған. Графикте бес аймақты бөліп көрсетуге болады, олардың әр қайсысы ағынның белгілі бір ішкі құрылымымен және осыған сәйкес белгілі бір байланыспен ?-ның Re қатысты және ?/d сипатталады.

I аймақ – тұтқырлық күші пайда болады, ламинарлы қозғалысты, , .

II аймақ – анықталмаған қозғалыс, . Осы аймаққа сай құбырөткізгіштерді жобалау ұсынылмайды.

III аймақ – гидравликалық тегіс құбыр, турбулентті режим. ?-ны осы аймақ шегінде анықтау үшін келесі формулаларды пайдалануға болады:

а) немесе болғанда –Блазиус формуласымен

б) болғанда –Кольбрук формуласымен

IV аймақ - квадраттық кедергіге дейінгі, гидравликалық тегіс құбыр аймағынан квадраттық кедергі аймағына ауыспалы болады, турбулентті режим, аймақтың мүмкін болатын шекарасы теңсіздігімен анықталады. Осы аймақтағы ? анықтау үшін бірнеше формулалар берілген, оның ішіндегі ең көп қолданылатыны Альтшуль формуласы.

V аймақ – квадраттық кедергі (автомодельді), гидравликалық бұдырлы құбыр, турбулентті режим. Аймақтың төменгі шегі болып теңсіздігі табылады. Осы аймақ үшін ? анықтау үшін бірнеше формулалар ұсынылған, соның ішіндегі ең жақсы нәтиже бертіні Шифринсон формуласы

Өзін-өзі тексеру сұрақтары.

1. Турбулентті ағыстың ламинарлыдан айырмашылығы қандай? 2. Турбулентті режим кезіндегі, ағыстың дөңгелек құбырдың көлденең қимасы бойынша таралу жылдамдығының, сұйықтың ламинарлы қозғалыс режимінде таралуынан айырмашылығы қандай? Қандай режим кезінде жылдамдық бірқалыпсыз болады және неге? 3. Турбулентті режим кезіндегі, ағыстың қимасы бойынша таралу жылдамдығын теңестіру себебін түсіндіріңіз? 4. Ламинарлы да және турбулентті де қозғалыстарды сипаттайтын жанама кернеуді қалай түсіндіруге болады? 5.. Құбырөткізгіштің ішкі бетінің бұдырлығы туралы түсіндіріңіз. Бұдырлық түрлері. 6. Қандай құбырөткізгіштерді гидравликалық тегіс, ал қандайын гидравликалық бұдырлы деп атайды? Бір құбырөткізгіш гидравликалық тегіс және гидравликалық бұдырлы болуы мүмкін бе? Егер бола алса болса, неліктен? 7. Никурадзе графигіндегі кедергі аймақтары мен негізгі сызықтарын түсіндіріңіз? 8. Гидравликалық үйкеліс коэффициенті қандай факторларға байланысты болады? 9. Сұйық қозғалысының негізгі және ауыспалы аймақтарының шекарасын көрсетіңіз. Осы аймақтардағы гидравликалық үйкеліс коэффициентін анықтайтын негізгі формуланы жазыңыз. 10. Беттің эквивалентті бұдырлығы туралы түсіндіріңіз.

Ұсынылатын әдебиеттер:

Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы /Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др./ – М.: Машинажасау, 1982. – 423 б. –82 – 91бет;

Шлипченко З.С. Насосы, компрессоры и вентиляторы. – Киев: Техника, 1976. – 368 б. –75 – 90 бет;

Вильнер Я.М., Ковалев Я.Г., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. – Минск: Жоғары мектеп, 1976. – 416 б.– 67 – 85 бет.

Дәріс 10. Газдарды және сұйықтарды тасымалдау.

Дәріс жоспары.

1. Сорғылар туралы жалпы түсінік. Сораптардың жіктелуі, жұмыс істеу принципі.

2. Сорғы қондырғылардың жалпы сұлбасы.

3. Негізгі жұмысшы өлшемдері: беріліс, ағын, қуат, пайдалы әсер коэффициенті.

Гидравликалық машиналар дегеніміз электрқозғалтқыштың механикалық энергиясын тасымалданатын сұйықтың ағын энергиясына айналдырып, қысымын көбейтеді немесе қозғалыстағы сұйық тегеурін энергиясын механикалық энергияға айналдыратын (гидравликалық құбырлар) машиналар. Гидравликалық жетек дегеніміз сораптан және сәйкес реттегіш және таратқыш аппаратурасы бар гидроқозғалтқыштан тұратын гидравликалық жүйе және жұмысшы сұйық көмегімен беріліс беруді қамтамасыз етеді.

Сұйық қоспаларды кәсіпорын ішінде аппараттар мен қондырғылар арасында және кәсіпорыннан тыс басқа жақтарға тасымалдауға арналған гидравликалық машиналар сораптар деп аталады.

Сораптар үш түрге бөлінеді: қалақшалы немесе ортадан тепкіш, көлемді және ағынды.

1. Қалақшалы /ортадан тепкіш/ сораптардағы қысым, қалақшалы доңғалақтардың айналуындағы ортадан тепкіш күштің сұйыққа әсерінен пайда болады. Бұларға ортадан тепкіш, құйынды және осьтік сораптар жатады.

2. Көлемді насостардағы қысымдар айырмасы сұйықтардың белгілі бір көлемін жабық камерадан жылжымалы немесе айнамалы денелер арқылы ығыстырып шығарғанда пайда болады. Бұларға поршенді /плунжерлі, диафрагмалы/ және роторлы /тісті доңғалақты, пластинкалы, винтті/ сораптар жатады.

3. Ағынды насостарда сұйықтарды тасымалдау үшін жұмысшы сұйықтың /ауа, бу, су т.б./ кинетикалық энергиясын пайдаланады.

4. Сұйықтардағы сығылған газ немесе ауа жәрдемімен тасымалдау үшін газлифт /эрлифт/ және монтежюлар қолданады.

1. Сораптық қондырығының сұлбасы: 1. сорғыш құбырөткізгіш; 2. үрлегіш құбырөткізгіш; 3. қоректендіргіш резервуар; 4. ағынды резервуар; 5. қабылдағыш торы бар кері клапан; Н – сорап; V – вакуумметр; М – манометр

2. 
   
   жүктеу/скачать 1.75 Mb.
   
   Достарыңызбен бөлісу: